1、lCS 33020M 40 a目中华人民共和国国家标准GBT 2 1 54512008ITU-T K11：I 993通信设备过电压过电流保护导则Principles of protection against overvoltages and overcurrents2008-03-31发布(ITUT K11：1993，IDT)2008-1 1-01实施宰瞀鳃鬻瓣訾糌瞥星发布中国国家标准化管理委员会促19前言“1 总则11 危险过电压和过电流的起源12保护方法13保护器件的类型14残余影响15危险性的评估-16关于保护的决策2线路的保护21除导线自身以外的保护措施22特种电缆23保护器件的使用
2、24保护器件的安装一25工作规划26建议采用的保护措施3交换和传输设备的保护31设备所需的外部保护一32设备所需的最低电气强度一33交换状态的影响一4用户终端设备的保护41“暴露”程度-42介电强度一43保护器的使用44公用接地45高绝缘技术46国家规程47维护用户装置的昂贵费用附录A(规范性附录) 防护术语定义A1初级保护A2二级保护A3多级保护-A4固有保护目 次GBT 21545-2008ITU-T K11：19931111234445555555666666777788888前 言GBT 21545-2008ITU-T K11：1993本标准等同采用ITUT K11：1993过电压和过
3、电流防护的原则。本标准的附录A为规范性附录。本标准由中华人民共和国信息产业部提出。本标准由中国通信标准化协会归口。本标准起草单位：中国电信集团公司(广州研究院)、广东天乐通信设备有限公司。本标准主要起草人：刘裕城、陈健儿、陈少川、田继清、张锦肠、石莹、付皓。1 总则GBT 21545-2008ITU-T K1 1：1993通信设备过电压过电流保护导则11 危险过电压和过电流的起源111直接霄击直接臂击会引起数千安的电流，沿导线或电缆流动，持续若干微秒。这可能发生物理损伤，而且数千伏的过电压冲击会对线路设备和终端设备的电介质构成威胁。112临近雷击云对地或云对云间流动的雷电电流，会在雷击点附近的
4、架空或地下线路中产生过电压。在大地电阻率高的地区，受影响的面积很大。113电力线路(包括电气化铁路在内)故障电流所产生的感应电力系统发生接地故障时，沿电力线路将有很大的不平衡电流流动，使附近与它平行的电信线路上产生感应过电压。这种过电压的幅值可能上升到数千伏，依电力线路所使用的故障解除系统的不同，其持续时间在200 ms1 000 ms范围内(有时甚至更长)。114与电力线路接触当电力线路和电信线路受到当地自然灾害，如暴风雨、火灾的破坏时，或者在没有采用正常的隔离和绝缘等安全防范措施的情况下，电力线路与电信线路有可能发生接触。在正常配电电压为220 v(交流有效值)的地区，如果发生故障，可能很
5、长时间后才能发现故障。在使用较高配电电压例如2 kV的地区，如果发生故障，电力线路的保护设施通常能保证在短时间内将电压切断。过电压可能产生过大的电流沿线路流向交换机的接地点，会造成设备损坏和危及人身安全。115地电位升高电力系统的接地故障在土壤中所产生的电流会使故障点和电源接地电极附近的电位升高(也见ITU-T K9)。这种地电位可通过两个途径影响通信设备：a) 通信信号系统接地电极埋设处的土壤相对于远地的电位升高即使小于5 V，也可能使信令系统误动作。这种低电压可能是由电力系统中的小故障引起的，这种小故障可能长期存在而不能被检测出来。b)较高的地电位升高能使受影响区域内的工作人员有危险，或者
6、在极端情况下，地电位升高还足以将通信电缆的绝缘击穿，引起大范围的损坏。12保护方法121本标准第2章中所述的有关线路的某些保护措施，其作用是降低过电压和过电流起源处的过电压、过电流值，从而减小对系统所有部分的危害。122本标准第2章、第3章、第4章中所述的适用于系统特定部分的其他保护措施，可归纳成两类：a)使用保护器件转移能量(例如放电间隙)或断开线路(例如熔丝)，以阻止过大的能量到达易受害的部分Ib)使用具有适当介电强度、载流容量和阻抗的设备，使之能承受所施加的条件。13保护器件的类型131碳或金属电极的空气间隙保安器这种保安器通常连接在线路的每条导线和地之间，能限制保安器电极间出现的电压。
7、这种保安器的价格便宜，但在反复动作后，其绝缘电阻会有可觉察到的下降，因此需要经常更新。1GBT 21545-2008ITU-T K1 1：1993132气体放电管放电管通常接在线路的每条导线与地之间，或者将三电极放电管接在一对导线与地之间。为了满足系统的要求，可以对它们的特性规定一些精确的极限值。这种保安器是小型的，能够频繁动作。关于气体放电管的详细要求可参见ITU_T K12。133半导体保护器件随着半导体保护器件技术的发展，已经能生产可用作“一次保护”的元件和只用于“二次保护”的元件。“一次保护”与“二次保护”始终应进行正确的协调。a)一次保护器件用半导体保护器件替代碳精电极保安器和气体放
8、电管的试验正在广泛地进行。这些试验的结果可能取决于技术上的和商业上的因素。一般地说，它在消除电路噪声和较低的动作电压方面比碳精电极保安器好，而缺点是成本较高，自电容较大，耐电流能力较小。与气体放电管相比，半导体器件的优点是消除了点火放电现象，其缺点是自电容较大，耐电流能力较小。半导体器件试验仍在继续进行，此项技术有可能进一步发展。b)二次保护器件根据二次保护器件在电路中的位置，它们的过电压动作量级可设计成低至l V。这种器件的动作电压精确而且动作快。但是如果协调的不合适，有可能被过大的电流损坏。134熔丝熔丝串接在电路的每根导线上，当流过的电流过大时就熔断。简单的熔丝是一根均匀的可熔金属丝。慢
9、动作熔丝包括一根大电流流过时迅速熔化的均匀金属丝和一个弹簧的可熔部件，此部件在长时间内有小电流流过时逐渐熔化直至熔断。典型的动作电流为：大电流为2 A，而持续的小电流为250 mA。熔丝动作后不应有持续的电弧。熔丝对雷电冲击不能起保护作用，而且在经常有雷电冲击的地区，有必要设置额定电流大的(直至20 A)熔丝，以免熔丝失效引起麻烦。这种熔丝不能为电力线接触故障提供适当的保护。熔丝也可能是产生噪声和断线故障的根源。135热线圈热线圈串接在线路的每根导线上。它可使线路断开或接地，或者既使线路断开又使线路接地。热线圈设有某种可熔部件，一般当500 mA电流流过200 s时就动作。136自恢复限流器件
10、熔丝和热线圈的缺点是，当它们动作时会使电路永久地中断，然后必须由人工去更换。某些可变阻抗器件是可以利用的，当过载电流流过而受热时其电阻增加至很高的数值。当过载电流消除后，这种器件的电阻将恢复到正常的低阻值。应该注意这些器件的响应时间和耐压能力。137可熔连接线在通信线路与电力配电线路长时间接触故障中，借助可熔连接线来防止安装在通信线路上的无熔丝过电压保安器组件产生过热的危险。可熔连接线通常由与通信线路相串连的绝缘导线组成，并安装在受电力线路影响的通信线路与保安器组件之间。这些导线比终接在保安器组件上的导线上的导线线径一般至少要小两个线材号数，而且要有适当的长度，以避免在电力系统不能迅速断电但导
11、线已经熔断的情况下产生持续的电弧。如果可熔连接线或它的一部分安装在建筑物中或其它可能出现火灾危险的场所，则应将可熔连接线密封在电缆护套、接头盒或其他合适的盒子中，以抑制导线熔断时可能引起的电弧。14残余影响采取保护措施的根本目的在于保证由于干扰引起的大部分电能不耗散在设备的易损坏部件中，且不扩延到人身。然而，没有一种器件具有能理想地消除所有干扰电压或电流的特性，其理由如下。2GBT 21545-2008ITU-T K1 1：1993141残余过电压应考虑到：a)保护器件未起作用时的电压，因为它低于保护器件的动作电压；b)在器件动作之前所通过的瞬变电压；c)器件动作后所保持的残余电压；d)器件动
12、作时所产生的瞬变电压。142横向电压同一线对两根导线上的保安器有可能不同时动作，因而可能产生横向电压脉冲。在某些情况下，特别是被保护设备的阻抗如果较低时，两个保护器中的一个动作可能阻止另一个保护器动作。因此，只要线路上存在纵向电压，横向电压就会继续存在。143对电路正常工作的影响一协调设计保护器件的动作电压与正常运行期间线路上产生的最高电压之间应有足够的裕度。同样，保护元件的特性(内阻抗)必须与被保护装置的性能相适应。144状态变化影响保护器件可能使线路的一部分得到保护，而另一部分却被牺牲。例如：如果总配线架(MDF)的熔丝由于接触电力线路而熔断，使通信的接地被断开时，线路上的电压可能上升至电
13、力线路的全电压。同样地，由于某一个保护器动作，与设备相连的有关电路的等效内阻抗可能大大降低，于是产生可能造成损坏的环流。145一次保护与二次保护的协调为了保护敏感设备，有时有必要使用几种保护器件。例如t快速动作的小电流器件(如半导体器件)和稍慢动作的大电流器件(如气体放电管)。在这种情况下，必须采取几个步骤以保证在万一有持续的过电压时，小电流器件不会妨碍大电流器件的动作。这是因为假如这种情况一旦发生，小电流器件就可能被破坏，或者内部连接线路会通过过大的电流。146温升设计和安装保护部件时，应考虑使它们在动作时所引起的温升不致于破坏其特性或危及人身安全。147电路可用性当保护器件动作时，被保护电
14、路的业务可能会临时或持久地中断。148故障的后果使用保护器件后，由于器件不可靠，会引起需要维修的问题。此外，保护器还可能会妨碍对某些线路和设备进行测试。15危险性的评估151 与过电压有关的通信系统性能取决于t周围环境，即与系统相关的线路网中产生的过电压值及其概率；线路网的构成方法，见第2章I系统中设备的耐过压能力；一一所提供的保护器件；为使保护器件动作而设置的接地系统质量。152环境在评估周围环境时，应考虑本标准11中所提到的若干因素。在不同的地点，由雷电引起的过电压的严重性有很大的差别。在高雷电和高土壤电阻地区，遭受直接雷击和附近雷击的危险性增加。同时，由于雷电是大部分电力系统故障的原因，
15、因此感应和地电位升高的影响也随着增加。另一方面，直埋金属设施如水管、铠装电缆等对电话电缆起屏蔽作用，大大降低了雷电或感应所产生的过电压。3GBT 21545-2008I11I-T K11：1993在城市中心和雷电活动少的地区，经验证明。其过电压很少超过保护器件的残余电压，这种环境称为“非暴露”环境。ITU-T K20和ITuT K21规定了用于“非暴露”环境中且无保护的设备应该进行的试验，这些试验说明了可以视为“非暴露”的最恶劣的环境。所有其他环境均称为“暴露”环境。当然。这种环境条件的范围相当宽，其中包括某些只有采取所有可使用的保护措施才能取得满意的业务质量这样的异常暴露环境。在出现感应电压
16、和地电位升高的情况下，可根据通信线路抵抗电力和电气化铁路危险影响的保护导则(ITu，1988)来计算过电压。其中还推荐了不同情况下的最大允许值。153故障的记录过电压和过电流造成的危险只能凭经验作适当的估计。为此，建议用一种便于这项工作的格式来保存故障统计。应当分别记录过电压或过电流引起的故障与保护器件失效所引起的故障以及其他部件故障。16关于保护的决策161 在考虑通信网应能承受的过电压等级时，将故障分为以下两类：只影响系统一小部分的小故障。这类故障的发生应限制在可接受的范围内；一一重大损坏、着火、交换机故障等。这类故障必须尽可能地避免。ITu。T K20中举例说明了允许发生小故障而不发生重
17、大损坏的条件。同时，还希望单个保护器失效不应引起重大损坏。162应当特别注意对新型交换设备或用户设备的过电压和过电流保护，以保证这些设备在遭受过电压或过电流时不会产生不能接受的故障，从而保证设备的先进性。这类设备对过电压、过电流本来就很敏感，而且当其损坏或误动时会使系统的大部分受到影响。163应该注意，使用不必要的保护器件进行过度保护，不仅不经济而且实际上还可能使系统性能恶化，因为器件本身有产生故障的可能性。为了避免发生动作的保护器件对电信回路产生干扰，应考虑避雷器的点火电压值和个数。164根据上述考虑并按本标准15所评估的危险性，应对系统所有部分所需提供的保护作出决定。在作决定时，也应考虑商
18、业上的一些问题，诸如保护措施成本、维修费用、与用户的关系以及由过电压、过电流所致故障相对于其他原因所引起的故障的概率。应该明确作出这种决策的责任以及为保证协调线路与设备而装备任何保护器件的责任。设备生产厂家有必要了解设备所需的耐过电压、过电流的能力，线路工程师有必要弄清楚将要接到线路上的设备的耐过电压、过电流能力。线路工程师还应根据提供的线路保护的标准规定出与线路相接的设备可能会遇到的各种限制。在网的各个部分，诸如用户设备、线路和交换中心等的所有权可能归于不伺部门的情况下，可能需要按正式的手续进行这种协调，例如制定本地标准。在起草这些标准时，可参考ITuT K。20和ITuT K21中的指导意
19、见。2线路的保护21 除导线自身以外的保护措施a) 电信线路邻近的接地金属机构，例如电力线路或电气化铁道系统，能在一定程度上保护电信线路免受雷电的影响。有效的金属屏蔽，不论是电缆护套、电缆管道、还是避雷线，均可减少雷电冲击和电力线路感应的影响。在雷击危险严重的地区，时常采用具有多层屏蔽和高绝缘强度的特殊电缆。将所有金属机构连接在一起，可提供有效的保护。b)通过协调电力线路与电信线路的设计和施工工作，可使电力线路引起的感应降低至最小的程度。在作为感应源的电力系统中安装地线和限流器，可降低感应的等级。c)如果遵守协商后的建造、结构、间距和绝缘的相关标准，则电力线路与电信线路间发生接触的可能性减小。
20、但是，从经济上来考虑，采用共同的电缆沟、电杆和管道，并采取合适的安全措dGBT 21545-2008ITU-T K11：1993施，往往有可能获得经济利益(见ITuT K5和ITuT K6)。为了避免与高压电力线缆相接触，采用高标准建造是特别重要的，因为一旦发生这种接触就很难避免由此产生的严重后果。22特种电缆在可能产生高过电压的地方，可采用高绝缘强度的特殊电缆。标准的塑料绝缘和塑料护套电缆的绝缘强度比纸绝缘铅护套电缆的高，适用于过去曾使用超厚绝缘层电缆的大部分环境。在与电力线路极为接近或平行接近长度很长、电站周围的地电位升较高或由于雷电日多和土壤导电率低而极容易遭受雷击的地方，都可以使用加强
21、绝缘的电缆。其他使用特种电缆的例子有；能对电缆中的回路提供良好屏蔽的金属护套电缆连接到易遭受雷击的无线铁塔的电缆必须能耐受雷电电流而不损坏；为实现两段导电的电缆问的隔离所用的全介质(即无金属的)光缆。23保护器件的使用在下列情况下，最好使用保护器件：a)与本标准21和22所述的特殊结构相比，使用保护器件更为经济。在这种情况下，不能忽视保护器件的维修费用，这是因为保护器件必然需要一些维修开支，而特种电缆、屏蔽等虽初始费用较高，但往往不需要后续投资。b)过电压或过电流可能不会损坏具有超厚绝缘的电缆本身，但电缆会将这种过电压或过电流引至网中的其他较易损坏的部分。此时，对其他较易损坏的电缆需要附加保护
22、，特别是对维修费用高而且为很多用户服务的大容量地下电缆进行附加保护尤为重要。c) 电力线路或牵引线路故障引起的感应过电压，即使在使用了所有可用的预防措施后仍有可能超过导则规定的允许值。24保护器件的安装a)为了保护导体的绝缘，将所有金属护套、屏蔽接在一起接地，并在导体与这个接在一起的金属之间接人过电压保护器是有益的。这一技术尤其适用于高土壤电阻率地区，这样可避免使用昂贵的保护接地电极系统。b)在使用保护器来减少电力线路故障电流在电信线路中引起的高感应电压的地方，所有导线均应在适当间隔和受影响线路段两端(或根据实际情况尽可能靠近这些点)上安装保护器。c)为使地下电缆免受雷电冲击的影响，可在地下电
23、缆与架空线路的连接点上安装保护器件。总配线架(MDF)和用户终端所安装的保护器件减少了线路损坏的危险性，但它们的主要功能是保护绝缘强度比电缆低的部件。参见ITUT K20和ITUT K2l。d)用于防雷的过电压保护器，应尽量缩短它与线路和地之间的连接线，以尽量减小线路与等电位连接问的冲击电压。25工作规划本标准15和16中的一般考虑均适用于线路保护。建议在开始设计时，就尽量根据环境确定线路所需采取的保护措施。对于一条起初只有不完善保护的线路来说，想要达到满意的保护水平可能相当困难而且花费很大。26建议采用的保护措施在电信网中的线路频繁地或严重地受到电力线路故障或雷击引起的骚扰的地方，应该在线路
24、导线与地之间接入保护器件或采用合适的线路建造方法来限制这些线路相对于当地地电位的电压。3交换和传输设备的保护31设备所需的外部保护运营部门应考虑到需在设备外部安装保护设施的可能性，牢记下列各点：5GBT 21545-2008ITU-T K1 1：1993311在某些条件下，电信线路将会对设备起到一些保护作用，例如：导线可能熔断，并切断过大电流；导线绝缘可能击穿，从而降低了过电压；连接装置中的空气间隙可能击穿，从而降低了过电压。312塑料绝缘电缆强度的增加，使得可以在线路中流动并施加到设备上的过电压、过电流也有所增加。相反，交换设备和传输设备中使用小型电子器件，更易受电扰动而损坏。鉴于这些原因，
25、在经常受严重电扰动(雷电、电力线路、土壤导电率低)的地区，一般有必要在电缆导线与所接设备之间插入本标准13中所述类型的保护器件，最好装在总配线架上。这样，可避免总配线架至设备的电缆必须承载很大的过电流。保护器件安装在总配线架(MDF)的线路一侧，以便使MDF跳线区无需承载放电电流。同时，在与市电线路发生接触故障而使线路被串接保护器件断开，也能尽量减小市电电压对MDF布线和端子板的影响。313在“暴露”较轻的地方，电扰动(过电压和过电流)具有幅值和频率都很小的这样一种统计特性，实际上其危险性不会比本标准14中所指出的“暴露”环境中由残余影响所引起的危险性更大。这样，保护器件就失去意义而且是一种不
26、必要的浪费。32设备所需的最低电气强度在线路“暴露”且装有保护器件的地方，由于本标准14中所述的残余影响，会使设备中出现过电压和过电流。在“暴露”较轻的环境中。本标准313中所述的电扰动也会产生类似的影响。为此，设备必须设计能耐受这些条件。关于设备应该具有的耐过电压、过电流能力的详细建议，见ITuT K20。33交换状态的影响因为在接通一次呼叫的各个阶段中，要求接至某一给定线路的设备改变其构成和互连状态，因此，重要的是不要只限于仅仅对单独的线路设备的保护进行研究，许多设备为所有线路所共用，而且当其接至某一特定线路时，会受到电扰动影响。如果，与线路相接通的有效时间很短，当遭受影响的概率减小时，所
27、提供保护的效率可能受影响。另一方面，公用设备应该得到更好的保护，因为它一旦发生故障，会使交换局或该地区的工作性能产生较严重的劣化。4用户终端设备的保护以上所述的有关交换设备的保护方法，往往也适用于用户设备。确定用户设备耐过电压、过电流的详细试验在ITU-T K21中给出。考虑以下几个特殊问题也是适宜的。41“暴露”程度基于本标准21中所述的大量邻近金属机构的屏蔽作用，与市区或工业区中的交换局附近的各种装置相接的线路通常很少遭受雷电冲击。另一方面，与远离闹市区的装置相连接的线路，由于其长度、缺乏保护环境、用户端使用架空结构以及土壤电阻率高等原因，很容易遭受雷电冲击。由于用户端的架空电缆的机械牢固
28、性，使线路本身能够承载较高的过电压和过电流，因而用户终端所受的雷电冲击影响更为严重。42介电强度希望与线路相接的导电部件和使用者易触及的所有部件之间的绝缘要具有高的介电强度。43保护器的使用在电话线路遭受频繁而严重的电力线路故障或雷电所致电扰动的地区，应在线路导线与接地端子间接入本标准13所述类型的保护器件，以限制线路导线相对于本地地电位的电压。6GBT 21545-2008ITU-T K11：1993选择终端设备的介电强度时，要考虑保护器件的击穿电压以及保护器的线路对地阻抗。44公用接地在安装用户终端设备的地点，可能没有电阻小的接地体可用作过电压保护器接地，或者为获得一个电阻适当小的接地体所
29、花费的成本比其他装置的成本要高的多。而且，终端设备可能安装在接地系统附近，如在水管附近，或者在可从电力系统获得电源的地方。为了使设备损坏和用户遭受高电压的危险减少到最小的程度，即使接地电阻不够小，也应将所有接地系统、信令接地和电力系统中性点直接或经放电间隙连接在一起。虽然这种连接的费用可能昂贵，但它可解决为实现低阻接地所遇到的困难，是一种被广泛应用的方法。与电力系统中性点相接是由国家规程来决定的，因此，应得到电力部门的许可。45高绝缘技术当通信线路雷害严重，如线路和终端设备经常击穿，和由于接地、维护、成本等原因而不能安装防雷器时，建议通信线路采用高绝缘技术(如至少50 kV)。这种方法广泛用于
30、高压电厂的线路入口，强烈建议应用于空旷地区户外设备(如电话亭、卡式电话等)。46国家规程国家已制定了有关保护电信设备用户的国家标准。这些标准既包含了对接到市电电源引起的危险的防护，也包括了对电话线路上可能出现的各种情况的防护。47维护用户装置的昂贵费用维修受影响终端装置的费用，由于离维护中心有一定距离，运输耽搁，或许损坏严重等原因可能相当昂贵。而且，保护不充分是引起业务反复中断，导致业务质量显著降低，使用户不满意的原因。这就说明应对保护措施引起特别的注意。GBT 21545-2008ITU-T K1 1：1993附录A(规范性附录)防护术语定义A1初级保护primary protection初级保护是指采用浪涌保护器来对设备接口实施保护的装置，它通过转移大部分可能侵入设备的过电压过电流来对设备进行保护。A2=级保护secondary protection紧接初级保护的保护，它也可由固有保护提供。A3多级保护multistage protection多级保护是指采用多点保护，以提高整体保护水平，每个保护点位置和保护水平必须配合好。A4固有保护inherent protection固有保护是通过设备的内在特性、特殊设计或采用适当的保护元器件而在设备接口上提供的保护。
