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Text File  |  1993-06-28  |  20KB  |  754 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7.  
  8.  
  9.  
  10.  
  11.  
  12. I.4    Modified secondary protection
  13. _______________
  14.  
  15.  
  16.  
  17.  
  18.  
  19.  
  20.  
  21.  
  22.  
  23. INTERNATIONAL  TELECOMMUNICATION  UNION
  24.  
  25.  
  26.  
  27.  
  28.  
  29. CCITT    K.20
  30.  
  31. THE  INTERNATIONAL
  32.  
  33. TELEGRAPH  AND  TELEPHONE
  34.  
  35. CONSULTATIVE  COMMITTEE
  36.  
  37.  
  38.  
  39.  
  40.  
  41.  
  42.  
  43.  
  44.  
  45.  
  46.  
  47. PROTECTION  AGAINST  INTERFERENCE
  48.  
  49.  
  50.  
  51.  
  52.  
  53.  
  54.  
  55. RESISTIBILITY  OF  TELECOMMUNICATION
  56.  
  57. SWITCHING  EQUIPMENT
  58.  
  59. TO  OVERVOLTAGES  AND  OVERCURRENTS
  60.  
  61.  
  62.  
  63.  
  64.  
  65.  
  66.  
  67.  
  68.  
  69.  
  70.  
  71. Recommendation  K.20
  72.  
  73.  
  74.  
  75.  
  76.  
  77.  
  78.  
  79.  
  80.  
  81.  
  82.  
  83. Geneva, 1991
  84.  
  85.  
  86.  
  87.  
  88.  
  89.  
  90.  
  91.  
  92.  
  93.  
  94.  
  95.  
  96.  
  97.  
  98.  
  99.  
  100.  
  101.  
  102.  
  103.  
  104.  
  105.  
  106.  
  107.  
  108.  
  109.  
  110.  
  111.  
  112.  
  113.  
  114.  
  115.  
  116.  
  117.  
  118.  
  119.  
  120.  
  121.  
  122.  
  123.  
  124.  
  125.  
  126.  
  127.  
  128.  
  129.  
  130.  
  131.  
  132.  
  133.  
  134.  
  135.  
  136.  
  137.  
  138.  
  139.  
  140.  
  141.  
  142.  
  143.  
  144.  
  145.  
  146.  
  147.  
  148.  
  149.  
  150.  
  151.  
  152.  
  153.  
  154.  
  155.  
  156.  
  157.  
  158.  
  159.  
  160.  
  161. Printed in Switzerland
  162.  
  163.  
  164.  
  165.  
  166.  
  167.  
  168.  
  169.  
  170.  
  171.  
  172.  
  173.  
  174.  
  175. FOREWORD
  176.  
  177.  
  178.  
  179.     The CCITT (the International Telegraph and Telephone Consultative Committee) is a permanent organ of the 
  180. International Telecommunication Union (ITU). CCITT is responsible for studying technical, operating and tariff 
  181. questions and issuing Recommendations on them with a view to standardizing telecommunications on a worldwide 
  182. basis.
  183.  
  184.     The Plenary Assembly of CCITT which meets every four years, establishes the topics for 
  185. study and approves Recommendations prepared by its Study Groups. The approval of Recommenda-
  186. tions by the members of CCITT between Plenary Assemblies is covered by the procedure laid down in 
  187. CCITT Resolution No. 2 (Melbourne, 1988).
  188.  
  189.     Recommendation K.20 was prepared by Study Group V and was approved under the Resolution 
  190. No. 2 procedure on the 18th of March 1991.
  191.  
  192.  
  193.  
  194. ___________________
  195.  
  196.  
  197.  
  198.  
  199.  
  200.  
  201.  
  202. CCITT  NOTE
  203.  
  204.  
  205.  
  206.     In this Recommendation, the expression "Administration" is used for conciseness to indicate both a telecom-
  207. munication Administration and a recognized private operating agency.
  208.  
  209.  
  210.  
  211.  
  212.  
  213.  
  214.  
  215.  
  216.  
  217. aITU1991
  218.  
  219. All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, elec-
  220. tronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from the ITU.
  221.  
  222.  
  223.  
  224.  
  225.  
  226.  
  227.  
  228. PAGE BLANCHE
  229.  
  230.  
  231.  
  232.  
  233.  
  234.  
  235.  
  236. Recommendation K.20
  237.  
  238. Recommendation K.20
  239.  
  240.  
  241.  
  242.  
  243.  
  244.  RESISTIBILITY  OF  TELECOMMUNICATION  SWITCHING  EQUIPMENT
  245.  
  246. TO  OVERVOLTAGES  AND  OVERCURRENTS
  247.  
  248. (Malaga-Torremolinos, 1984; revised in 1990)
  249.  
  250.  
  251.  
  252.  
  253.  
  254. 1    General
  255.  
  256.     This Recommendation seeks to establish fundamental testing methods and criteria for the 
  257. resistibility of telecommunication switching equipment to overvoltages and overcurrents. It 
  258. should be read in conjunction with the CCITT Manual, Protection of telecommunication lines and 
  259. equipment against lightning discharges and Recommendation K.11 which deals with the general eco-
  260. nomic and technical aspects of protection. The methods may be varied in the light of particular 
  261. local circumstances and technical developments.
  262.  
  263.  
  264.  
  265.  
  266.  
  267. 2    Scope
  268.  
  269.     The Recommendation relates to telephone exchanges and similar telecommunication switching 
  270. centres and is concerned mainly with test conditions to be applied to points intended for the connec-
  271. tion of 2-wire subscriber lines. Ports carrying more complex circuits or more concentrated traffic 
  272. (such as junctions or multi-channel circuits) may be tested either in accordance with this Recom-
  273. mendation or in accordance with other Recommendations such as K.15 and K.17, as considered appro-
  274. priate.
  275.  
  276.     The tests are type tests and, although they are applicable to a complete switching centre, 
  277. it is recognized that they may be applied to individual items of equipment during development and 
  278. design work. In making the tests, it is necessary to take account of any switching conditions, either 
  279. in the unit under test or elsewhere, which may affect the results.
  280.  
  281.  
  282.  
  283.  
  284.  
  285. 3    
  286.  
  287.  
  288.  
  289. Overvoltages and overcurrent conditions
  290.  
  291.     Aspects of overvoltage or overcurrent covered by this Recommendation are:
  292.  
  293. û    surges due to lightning strokes on or near to the line plant; (equipment complying with this Rec-
  294. ommendation may not necessarily resist severe direct lightning strokes);
  295.  
  296. û    short-term induction of alternating voltages from adjacent power lines or railway systems, usually 
  297. when these lines or systems develop faults;
  298.  
  299. û    direct contacts between telecommunication lines and power lines, usually of a low voltage nature.
  300.  
  301.     It is recognized that under some circumstances. problems may arise if overvoltages or 
  302. overcurrents occur simultaneously on a number of lines and produce large currents in common 
  303. wiring or components. Such conditions are not covered by this Recommendation at this time and the 
  304. subject is still being studied in CCITT (see AppendixI
  305.  
  306. -Information about practical experiences in Norway). The aspects of rise of earth potential are not covered but are 
  307. being studied in CCITT.
  308.  
  309.  
  310.  
  311.  
  312.  
  313. 4    Levels of resistibility
  314.  
  315. 4.1    Only two levels of resistibility are covered: a lower level suitable for unexposed environ-
  316. ments where overvoltages and overcurrents are low, and a higher level for more exposed environ-
  317. ments. Account is taken of the fact that in the more exposed environments, protection may be fitted 
  318. on the main distribution frame (MDF) or elsewhere outside the equipment.
  319.  
  320. 4.2    Extreme conditions are not covered. In very sheltered environments, it may be possible for 
  321. equipment of lower resistibility than specified herein to operate satisfactorily. On the other hand, 
  322. equipment with even higher resistibility than specified may be needed for exceptionally exposed 
  323. environments. Equally, other combinations of equipment resistibility and external protection are 
  324. possible. For example, certain equipment may require protection even in unexposed environments and 
  325. other equipment may operate satisfactorily in exposed environments without external protection. 
  326. Although only two categories of resistibility are described in this Recommendation, these cover a 
  327. large proportion of present-day needs.
  328.  
  329. 4.3    It is for Administrations to classify the environment of a particular switching centre, 
  330. taking into account business policy, economic and technical considerations. Recommendation K.11 
  331. gives information to help in making this decision.
  332.  
  333. 4.4    The test conditions and voltages of Table 1/K.20 reflect the conditions which are expected 
  334. to occur on lines in unexposed environments.
  335.  
  336.  
  337.  
  338.  
  339.  
  340.  
  341.  
  342. 4.5    The test conditions and voltages of Table 2/K.20 simulate the effects of an exposed envi-
  343. ronment on equipment protected by main distribution frame protectors and constitute additional 
  344. requirements to ensure compatibility with external protection and proper functioning in the more 
  345. severe environment. Higher voltages may well occur on the lines, but because the MDF protection 
  346. operates, the effects on the equipment may not be more severe.
  347.  
  348. 4.6    Equipment satisfying the requirements for an exposed environment may be used in either envi-
  349. ronment, but equipment satisfying only the requirements for an unexposed environment should be 
  350. used only in an unexposed environment.
  351.  
  352.  
  353.  
  354.  
  355.  
  356.  
  357.  
  358. 5    Exchange equipment boundary
  359.  
  360.     The variations of different types of equipment make it necessary for each exchange to be seen 
  361. as a "black-box" having three terminals, A, B and Earth. It is likely that some protective devices 
  362. have already been provided in the equipment, either distributed on its line-cards, etc., or connected 
  363. to its terminals. For the purpose of these tests, manufacturers are expected to define the bound-
  364. aries of the "black-box" and any protective device which is included must be considered an immu-
  365. table part of that exchange.
  366.  
  367.  
  368.  
  369.  
  370.  
  371. 6    Test conditions
  372.  
  373.     The following conditions apply to all the tests specified in _ 8.
  374.  
  375. 6.1    All tests are type tests.
  376.  
  377. 6.2    The input terminals at which tests on the equipment are to be applied should be identified by 
  378. the manufacturer and labelled A, B and Earth.
  379.  
  380. 6.3    The equipment should be tested in any operating state of significant duration.
  381.  
  382. 6.4    The equipment should be able to pass the tests in _ 8 throughout the ranges of temperature 
  383. and humidity of its intended use.
  384.  
  385. 6.5    For tests in the "exposed" situation, it is current practice to protect subscribers' lines 
  386. at the MDF with some surge protectors such as gas-discharge tubes. Recognizing that such a device 
  387. is likely to be needed in most cases to handle high surge currents, and that the operation of these 
  388. protectors exposes exchange switching equipment to other modified conditions, the characteristics 
  389. of the external protectors to be used should be agreed between the equipment supplier and the Admin-
  390. istration. Protectors having characteristics within the agreed range should be used where speci-
  391. fied in Table 2/K.20. A new set of protectors may be used after the completion of each test sequence. 
  392. Alternatively, some Administrations may choose to omit the external protectors but to modify the 
  393. applied voltages and durations so that the conditions applied to the equipment are the same as 
  394. could reasonably be expected to occur under the conditions of Table 2/K.20.
  395.  
  396. 6.6    In all cases where a maximum voltage is specified, tests should also be made at lower 
  397. voltages if this is necessary to confirm that the equipment will resist any voltage up to the maxi-
  398. mum value specified.
  399.  
  400. 6.7    Each test should be applied the number of times indicated in the relevant table. The time 
  401. interval between applications should be 1 minute and, in the case of pulse tests, the polarity 
  402. should be reversed between consecutive pulses.
  403.  
  404. 6.8    Power induction and power contact tests should be made at the frequencies of the a.c. mains 
  405. or electric railways used in the country of application.
  406.  
  407.  
  408.  
  409.  
  410.  
  411. 7    Permitted malfunction or damage
  412.  
  413.     Two levels of malfunction or damage are recognized:
  414.  
  415.     Criterion A û Equipment shall withstand the test without damage or other disturbance 
  416. (such as corruption of software or misoperation of fault-protection facilities) and shall oper-
  417. ate properly within the specified limits after the test. (It is not required to operate correctly while 
  418. the test condition is present.) If specifically permitted by the Administration, the test may cause 
  419. the operation of fuses or other devices which have to be replaced or reset before normal operation 
  420. is restored.
  421.  
  422.     Criterion B û A fire hazard should not arise in the equipment as a result of the tests. Any 
  423. damage or permanent malfunction occurring should be confined to a small number of external line 
  424. interface circuits.
  425.  
  426.     The conditions likely to give rise to criterion B are considered to be so rare that complete 
  427. protection against them is not economical.
  428.  
  429. 8    Tests
  430.  
  431. 8.1    General
  432.  
  433.     The test circuits used for the three overvoltage or overcurrent situations are as follows:
  434.  
  435.     û    Figure 1/K.20:    lightning surges;
  436.  
  437.     û    Figure 2/K.20:    power induction;
  438.  
  439.     û    Figure 3/K.20:    power contacts.
  440.  
  441.     Note û Certain considerations which justify the test proposals are stated in Annex A. The 
  442. response of equipment to lightning surges may be modified by the input impedance of the equipment. To 
  443. explain this effect, Annex A includes an example in which, for clarity, values are assigned to the 
  444. input impedance so that instantaneous levels of voltage at different points in the circuit may be 
  445. compared. These values are included for illustration only and do not form any part of this Recom-
  446. mendation.
  447.  
  448.  
  449.  
  450. 8.2    Unexposed environment
  451.  
  452.     Equipment for use without external protection in unexposed environments should be tested 
  453. according to Table 1/K.20.
  454.  
  455.  
  456.  
  457. 8.3    Exposed environment
  458.  
  459.     Equipment for use in exposed environments should pass the tests described in Table 1/K.20 and 
  460. also those in Table 2/K.20.
  461.  
  462.  
  463.  
  464.  
  465.  
  466. Figure 1/K.20 = 11cm = 430
  467.  
  468.  
  469.  
  470.  
  471.  
  472.  
  473.  
  474.  
  475.  
  476.  
  477.  
  478.  
  479.  
  480. Figure 2/K.20 = 6.5 cm = 250
  481.  
  482.  
  483.  
  484.  
  485.  
  486.  
  487.  
  488.  
  489.  
  490.  
  491.  
  492.  
  493.  
  494. Figure 3/K.20 = 5.5 cm = 215
  495.  
  496.  
  497.  
  498.  
  499.  
  500.  
  501.  
  502.  
  503.  
  504.  
  505.  
  506.  
  507.  
  508.  
  509.  
  510. ANNEX A
  511.  
  512. (to Recommendation K.20)
  513.  
  514. Explanations which illustrate test conditions
  515.  
  516.  
  517.  
  518. A.1    
  519.  
  520. Lightning surges
  521.  
  522. A.1.1    Operation of simulation circuit
  523.  
  524.     Figure A-1/K.20 shows the test generator of Figure 1/K.20 connected to an example of an exchange 
  525. circuit with primary protection provided at the MDF and secondary protection in the exchange 
  526. equipment itself. Apart from the test generator of Figure 1/K.20, all the circuit layout and compo-
  527. nent values have been chosen purely for explanatory purposes and are not put forward as some 
  528. recommended practice.
  529.  
  530.     When the charging voltage, Uc, is progressively raised, the voltages and currents which 
  531. occur at various points in the circuit of Figure A-1/K.20 are shown on the graph in Figure A-2/K.20.
  532.  
  533.     For Uc = 0-300 V, the current flows only through the 100 W resistor in the equipment.
  534.  
  535.     At Uc  = 300 V, the secondary protection operates and the current IT rises more rapidly.
  536.  
  537.     At Uc  = 2385 V, the voltage U across the primary protection reaches Us = 700 V in the case illustrated, 
  538. and IE reaches its maximum value of 3 A.
  539.  
  540.     The primary protection operates when Uc = 2385 V and the total current thereafter rises still more rapidly, 
  541. reaching 100 A when Uc = 4 kV. The voltage U however drops to a low value and the current IE flowing into the 
  542. equipment falls to a very low value and becomes practically independent of Uc.
  543.  
  544.  
  545.  
  546.  
  547.  
  548. Figure A-1/K.20 = 5cm = 195
  549.  
  550.  
  551.  
  552.  
  553.  
  554.  
  555.  
  556.  
  557.  
  558.  
  559.  
  560.  
  561.  
  562. Figure A-2/K.20 = 17.5 = 684
  563.  
  564.  
  565.  
  566.  
  567.  
  568.  
  569.  
  570.  
  571.  
  572. A.1.2    Effect of protective devices
  573.  
  574.     Operation of the primary protection when U = Us therefore has two effects:
  575.  
  576. û    It limits the maximum voltage applied to the equipment and hence, depending on the internal imped-
  577. ance of the equipment, the maximum current which the equipment must withstand.
  578.  
  579. û    It produces a very rapid change in U and I which, by inductive or capacitive effects can reach sensi-
  580. tive parts of the exchange switching equipment not apparently exposed to line voltages.
  581.  
  582.     For these reasons it is important that the Administration and equipment suppliers should 
  583. agree on the primary protection which should be used and for the equipment user to provide or simu-
  584. late this protection when tests are made. The tolerances allowed for such protection components 
  585. should be taken into account when tests are made.
  586.  
  587.  
  588.  
  589. A.2    
  590.  
  591. Power induction
  592.  
  593.     Induced voltages are likely to occur more on long lines, and in the general case where subscrib-
  594. ers' lines do not provide a low resistance earth, induced voltages may be considered to have a high 
  595. source impedance consisting of a 600 W wire resistance in series with 1 mF line to earth capacitance as shown 
  596. in Figure A-3/K.20. Tests 3(a) and 3(b) of Table 2/K.20 represent typical requirements for long and short lines 
  597. respectively but they do not necessarily provide for limiting conditions. The gas discharge tube shown in Figure A-
  598. 3/K.20 only exists on exposed lines. Such tubes are represented by S2 in Figure 2/K.20 and the telephone is repre-
  599. sented by S1.
  600.  
  601.     CCITT Directives admit induced voltages up to 430 V from normal power lines and 650 V from high-secu-
  602. rity lines, but most Administrations expect voltages to be below 300 V except on the lines in exposed environments.
  603.  
  604.  
  605.  
  606.  
  607.  
  608. Figure A-3/K.20 = 7cm = 273
  609.  
  610.  
  611.  
  612.  
  613.  
  614.  
  615.  
  616.  
  617.  
  618.  
  619.  
  620. A.3    
  621.  
  622. Power contacts
  623.  
  624.     Direct contact with electrical mains power can occur through network line or cable faults, 
  625. faulty or unapproved subscriber equipment or other causes. The contact may not cause the opera-
  626. tion of a power system circuit-breaker. A.c. currents resulting from a direct contact may make 
  627. effective protection both difficult and expensive. As such events are rare, equipment is not 
  628. required to withstand overvoltages or overcurrents arising from direct contacts but may fail in 
  629. an acceptable manner.
  630.  
  631.     Two particular dangers to equipment may arise:
  632.  
  633. û    A contact near to an exchange where the combined impedance of the cable circuit and exchange termi-
  634. nation is low and a high current flow occurs. This condition is simulated by the test in FigureA-4/K.20 by applying 
  635. 220 V through an impedance of 10 W.
  636.  
  637. û    A contact at the maximum distance from an exchange where the combined impedance of the cable cir-
  638. cuit and exchange termination is high and a small but harmful current flows continuously. This condition is simu-
  639. lated by the test in Figure A-4/K.20 by applying 220 V through an impedance of 600W.
  640.  
  641.  
  642.  
  643.  
  644.  
  645. Figure A-4/K.20 = 6.5cm = 254
  646.  
  647.  
  648.  
  649.  
  650.  
  651.  
  652.  
  653.  
  654.  
  655.  
  656.  
  657.  
  658.  
  659.  
  660.  
  661. APPENDIX I
  662.  
  663. Over-voltages occurring simultaneously
  664.  
  665. on a number of telephone lines
  666.  
  667. (Information about practical experience in Norway)
  668.  
  669.  
  670.  
  671. I.1    Type test
  672.  
  673.     The overvoltage resistibility of a new digital exchange system introduced in Norway was tested 
  674. according to the requirements specified in this Recommendation.
  675.  
  676.     The acceptance test was performed on a 2-wire basis on a complete installation with the 
  677. prescribed 1kV and 4kV pulse voltages. The equipment under test complied with the specified test 
  678. requirements.
  679.  
  680.  
  681.  
  682. I.2    Effects of lightning
  683.  
  684.     Practical experience with this particular exchange system showed that a large number of line 
  685. cards in the exchanges were damaged by lightning. The damage mainly appeared in rural areas defined 
  686. as exposed environments. In such areas in Norway, all telephone lines entering electronic 
  687. exchanges are protected with gas discharge tubes at the MDF.
  688.  
  689.  
  690.  
  691. I.3    Lightning simulation
  692.  
  693.     A complete overvoltage test according to this Recommendation was performed on site on one of 
  694. the installation where line cards had earlier been damaged by lightning. Again the system complied 
  695. with the test requirements, and no weakness was revealed in the system.
  696.  
  697.     Overvoltages were then imposed simultaneously on a number of lines as shown in Figure I-
  698. 1/K.20.
  699.  
  700.  
  701.  
  702.  
  703.  
  704. Figure I-1/K.20 = 10 cm = 395
  705.  
  706.  
  707.  
  708.  
  709.  
  710.  
  711.  
  712.  
  713.  
  714.     The circuit shown was used to impose negative pulses. To apply positive pulses the diodes 
  715. were connected in the opposite direction.
  716.  
  717.     The experiment revealed that the exchange responded differently to positive and negative 
  718. surges. No damage appeared from the positive surges, but when negative surges were imposed on more 
  719. than 20 line inputs simultaneously, the line cards showed the same type of damage as discovered 
  720. after lightning storms.
  721.  
  722.     Abstracts taken from the test report show (see Table I-1/K.20):
  723.  
  724.  
  725.  
  726.  
  727.  
  728.  
  729.  
  730.  
  731.  
  732.     Originally the secondary protection on the line cards drained positive current pulses to the 
  733. chassis, and negative pulses to the -48Vd.c. power supply. The secondary protection was modified by the 
  734. manufacturer so that both positive and negative pulses were later drained to the chassis.
  735.  
  736.     After having all the line cards in a small exchange modified, the complete installation was tested on site 
  737. with positive and negative surges imposed simultaneously on 1 to 40 line inputs with the circuit shown in FigureI-1/
  738. K.20. No failures in the exchange were detected during this test.
  739.  
  740.     The modified exchange serves customers connected via exposed lines. After the modification, the exchange 
  741. has given satisfactory service during thunderstorms.
  742.  
  743.     Based on the on-site test experiment and the results from the field trial, it was decided to have new line 
  744. cards for this particular exchange system produced with the mentioned modification.
  745.  
  746.  
  747.  
  748. I.5    Conclusion
  749.  
  750.     When testing the resistibility of switching equipment to overvoltages and overcurrents, the 
  751. user should be aware of the possibility that the exchange may respond differently to positive and 
  752. negative surges. Furthermore, the EUT may respond differently to surges imposed on a single pair 
  753. (as shown in Figure1/K.20) and surges imposed on a group of lines.
  754.