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Text File  |  1993-06-28  |  17KB  |  770 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7. 4.3    Insulation resistance
  8.  
  9.  
  10.  
  11.  
  12.  
  13.  
  14.  
  15.  
  16.  
  17.  
  18.  
  19. _______________
  20.  
  21.  
  22.  
  23.  
  24.  
  25.  
  26.  
  27.  
  28.  
  29. INTERNATIONAL  TELECOMMUNICATION  UNION
  30.  
  31.  
  32.  
  33.  
  34.  
  35. CCITT    K.28
  36.  
  37. THE  INTERNATIONAL
  38.  
  39. TELEGRAPH  AND  TELEPHONE
  40.  
  41. CONSULTATIVE  COMMITTEE
  42.  
  43.  
  44.  
  45.  
  46.  
  47.  
  48.  
  49.  
  50.  
  51.  
  52.  
  53.  
  54.  
  55. PROTECTION  AGAINST  INTERFERENCE
  56.  
  57.  
  58.  
  59.  
  60.  
  61. CHARACTERISTICS  OF  SEMI-CONDUCTOR
  62.  
  63. ARRESTER  ASSEMBLIES  FOR  THE
  64.  
  65. PROTECTION  OF  TELECOMMUNICATIONS
  66.  
  67. INSTALLATIONS
  68.  
  69.  
  70.  
  71.  
  72.  
  73.  
  74.  
  75.  
  76.  
  77. Recommendation  K.28
  78.  
  79.  
  80.  
  81.  
  82.  
  83.  
  84.  
  85.  
  86.  
  87.  
  88.  
  89. Geneva, 1991
  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.  
  162.  
  163.  
  164.  
  165.  
  166.  
  167.  
  168.  
  169. Printed in Switzerland
  170.  
  171.  
  172.  
  173.  
  174.  
  175.  
  176.  
  177.  
  178.  
  179.  
  180.  
  181.  
  182.  
  183.  
  184.  
  185.  
  186.  
  187. FOREWORD
  188.  
  189.  
  190.  
  191.     The CCITT (the International Telegraph and Telephone Consultative Committee) is a permanent organ of the 
  192. International Telecommunication Union (ITU). CCITT is responsible for studying technical, operating and tariff 
  193. questions and issuing Recommendations on them with a view to standardizing telecommunications on a worldwide 
  194. basis.
  195.  
  196.     The Plenary Assembly of CCITT which meets every four years, establishes the topics for 
  197. study and approves Recommendations prepared by its Study Groups. The approval of Recommenda-
  198. tions by the members of CCITT between Plenary Assemblies is covered by the procedure laid down in 
  199. CCITT Resolution No. 2 (Melbourne, 1988).
  200.  
  201.     Recommendation K.28 was prepared by Study Group V and was approved under the Resolution 
  202. No. 2 procedure on the 18 of March 1991.
  203.  
  204.  
  205.  
  206.  
  207.  
  208. ___________________
  209.  
  210.  
  211.  
  212.  
  213.  
  214.  
  215.  
  216.  
  217.  
  218. CCITT  NOTE
  219.  
  220.  
  221.  
  222.     In this Recommendation, the expression "Administration" is used for conciseness to indicate both a telecom-
  223. munication Administration and a recognized private operating agency.
  224.  
  225.  
  226.  
  227.  
  228.  
  229.  
  230.  
  231.  
  232.  
  233.  
  234.  
  235.  
  236.  
  237.  
  238.  
  239.  
  240.  
  241.  
  242.  
  243. aITU1991
  244.  
  245. All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, elec-
  246. tronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from the ITU.
  247.  
  248.  
  249.  
  250.  
  251.  
  252.  
  253.  
  254. PAGE BLANCHE
  255.  
  256.  
  257.  
  258.  
  259.  
  260.  
  261.  
  262.  
  263.  
  264. Recommendation K.28
  265.  
  266. Recommendation K.28
  267.  
  268.  
  269.  
  270. CHARACTERISTICS  OF  SEMI-CONDUCTOR  ARRESTER  ASSEMBLIES
  271.  
  272. FOR  THE  PROTECTION  OF  TELECOMMUNICATIONS  INSTALLATIONS
  273.  
  274.  
  275.  
  276.  
  277.  
  278.     Foreword
  279.  
  280.     Careful survey of the electrical environment that telephone equipment must safely survive, 
  281. has led to the conclusion that semi-conductor devices that are robust enough to act as primary 
  282. protectors are now possible. Semi-conductor devices provide for tightly toleranced and stable 
  283. over-voltage control, which does not change with age or activity within their design capability. 
  284. Furthermore, they introduce negligible circuit noise on the circuits they are protecting.
  285.  
  286.     Widespread trials of these semi-conductor overvoltage protectors for primary protection 
  287. are taking place and this Recommendation provides detailed guidance on the particular qualities 
  288. which should be sought when manufacturing or purchasing such devices. The trials and initial 
  289. applications are ongoing and some details of the technology may change in the light of the results. 
  290. Nevertheless, to bring the trials and initial applications to the notice of a wider audience and to 
  291. acquaint potential users with both the advantages and disadvantages of these devices, CCITT con-
  292. siders the subject to be important and stable enough to publish a Recommendation on the new tech-
  293. nology.
  294.  
  295.  
  296.  
  297.  
  298.  
  299. 0    Introduction
  300.  
  301.     The purpose of this Recommendation is to provide technical guidelines for purchasers and man-
  302. ufacturers of semi-conductor arrester assemblies (SAA) to ensure their satisfactory operation 
  303. in the applications for which they are intended. Figure I-1/K.28 shows examples of such arresters.
  304.  
  305.     It is intended to be used for the harmonization of specifications issued by manufacturers of 
  306. semi-conductor arrester assemblies (SAA) and network operators.
  307.  
  308.     Only minimum requirements are specified for essential characteristics. As some users may 
  309. be exposed to different environments or have different operating conditions, service objectives or 
  310. economic constraints, the requirements of this Recommendation may be modified or further require-
  311. ments added to suit local conditions. It is for Administrations to classify the environment for a 
  312. particular device, taking into account business policy, and economic and technical considerations.
  313.  
  314.     The requirements detailed for arresters in this Recommendation may entail statistical 
  315. analysis of samples. Standard statistical analysis techniques can be applied and therefore no 
  316. description of this analysis approach is given.
  317.  
  318.  
  319.  
  320.  
  321.  
  322. 1    Scope
  323.  
  324.     This Recommendation applies to semi-conductor arrester assemblies to be used for primary 
  325. protection against voltage surges due to lightning or power disturbances on telecommunications 
  326. circuits, in accordance with Recommendation K.11. It deals with semi-conductor arrester assemblies 
  327. of the type that limit voltages from line to earth to a few volts when conducting sufficient current 
  328. to switch the device.
  329.  
  330.     It does not deal with:
  331.  
  332. û    mountings for SAAs and their effect on arrester characteristics;
  333.  
  334. û    semi-conductor arresters which are connected in series with voltage-dependent resistors to limit fol-
  335. low-on currents in electrical power systems;
  336.  
  337. û    mechanical dimensions;
  338.  
  339. û    quality assurance requirements;
  340.  
  341. û    units containing heat-coils.
  342.  
  343.  
  344.  
  345.  
  346.  
  347. 2    Definitions
  348.  
  349.     These are given in Annex A.
  350.  
  351.  
  352.  
  353.  
  354.  
  355. 3    Environmental requirements
  356.  
  357.     The semi-conductor arrester assemblies should operate satisfactorily in, and be capable of 
  358. storage in, temperature and humidity ranges selected for the intended application. The selected tem-
  359. perature range should be between the extreme values of û40 ░C and +65 ░C. The selected humidity range 
  360. should be between the extreme values of 0 and 95% RH.
  361.  
  362.  
  363.  
  364.  
  365.  
  366. 4    Electrical requirements
  367.  
  368.  
  369.  
  370. 4.1    Maximum voltage limiting
  371.  
  372.     When tested according to _ 5.1, the SAA voltage limiting should not be outside the limits given in 
  373. Table1/K.28.
  374.  
  375.  
  376.  
  377.  
  378.  
  379.  
  380.  
  381. 4.2    Minimum voltage limiting
  382.  
  383.     The current in an SAA when tested according to _ 5.2 should not exceed the values given in Table 
  384. 2/K.28 for the voltage limits shown.
  385.  
  386.  
  387.  
  388.  
  389.  
  390.  
  391.  
  392.  
  393.  
  394. 4.3.1    This test measures the effect of two parameters simultaneously, semi-conductor junction 
  395. leakage and insulation resistance.
  396.  
  397. 4.3.2    When tested according to _ 5.3, the values of combined leakage and insulation resistance 
  398. should not be outside the values given in Table3/K.28.
  399.  
  400.  
  401.  
  402.  
  403.  
  404.  
  405.  
  406. 4.4    Capacitance
  407.  
  408.     The capacitance between each pair of electrodes (excluding protector assembly capacitance) 
  409. should not exceed 200 picofarads (pF) when tested according to _ 5.4 at a frequency of 1MHz.
  410.  
  411.  
  412.  
  413. 4.5    Impulse reset
  414.  
  415.     The SAA should revert to its high impedance state in less than 30ms when tested to _ 5.5 using 
  416. appropriate rows(s) from Table4/K.28 of this Recommendation for the parameters that apply to 
  417. Figure1/K.28. Select the appropriate row depending on the expected SAA application.
  418.  
  419.  
  420.  
  421.  
  422.  
  423.  
  424.  
  425. Figure 1/K.28  =  11 cm
  426.  
  427.  
  428.  
  429.  
  430.  
  431.  
  432.  
  433.  
  434.  
  435.  
  436.  
  437. 4.6    Rate of change of current
  438.  
  439.     The SAA, when tested to _ 5.6, should not fail short circuit and should meet the maximum voltage 
  440. limiting requirement of _ 4.1 following application of the surge.
  441.  
  442.  
  443.  
  444. 4.7    Surge life tests
  445.  
  446. 4.7.1    SAAs should be measured for their performance in the categories of impulse life and 50/60 Hz 
  447. current carrying capacity, according to _ 5.7. The types of protectors in which the SAAs are 
  448. mounted for testing should be identified and the life tests should apply only when the SAAs are 
  449. used in those, or similar, protectors. Table5/K.28 of this Recommendation indicates the requirements. 
  450. The 10A impulse tests may be curtailed or waived if it can be demonstrated satisfactorily that no 
  451. wear-out mechanisms are present in the design.
  452.  
  453. 4.7.2    The surge life requirements of Table5/K.28 may not be sufficient for protectors intended for 
  454. applications where they are directly connected to open wire lines, or in other high-exposure areas.
  455.  
  456.  
  457.  
  458.  
  459.  
  460.  
  461.  
  462. 4.7.3    Devices that can be shown to have a surge life that is temperature sensitive should be 
  463. tested to _ 5.7 at the maximum and minimum operating temperatures for the intended application.
  464.  
  465.  
  466.  
  467.  
  468.  
  469. 5    Test methods
  470.  
  471.  
  472.  
  473. 5.1    Maximum voltage limiting (see _ 4.1)
  474.  
  475. 5.1.1    The test current should be chosen from the range 10A to 100A. The maximum rate of change of 
  476. current applied to the SAA throughout the test shall not exceed 30A/ms. The device shall be tested with 
  477. both positive and negative waveforms.
  478.  
  479. 5.1.2    With rate of rise as specified in Table 1/K.28, apply sufficient impulse voltage to cause breakdown. Repeat 
  480. the test with opposite polarity and using the same device. Allow a one or two second waiting time between applica-
  481. tions.
  482.  
  483. 5.1.3    For impulse testing, the voltage generator used for this test must be capable of maintaining the open circuit 
  484. voltage rate of rise of Table 1/K.28 (rate of rise defined in IEC 60).
  485.  
  486.  
  487.  
  488. 5.2    Minimum voltage limiting (see _ 4.2 and Figure 2/K.28)
  489.  
  490.     The generator shown in Figure 2/K.28 should provide a ramp of 100V/s to 100V/ms to the terminals 
  491. under test. The circuit current can be determined by monitoring the voltage drop across a 1kW resis-
  492. tor. The generator voltage should be no more than the value shown in Table2/K.28.
  493.  
  494.  
  495.  
  496.  
  497.  
  498. Figure 2/K.28  =  7,5 cm
  499.  
  500.  
  501.  
  502.  
  503.  
  504.  
  505.  
  506.  
  507.  
  508.  
  509.  
  510. 5.3    Insulation resistance (see _ 4.3)
  511.  
  512.     Combined insulation resistance and leakage (known jointly as RI)  should be measured between 
  513. each terminal and every other terminal of the SAA by applying a specified direct current voltage 
  514. source of both polarities with values as shown in Table3/K.28 of this Recommendation. Insulation 
  515. resistance readings should be taken after insulation stabilization or after one minute of applied 
  516. voltage, whichever occurs first. Terminals not involved in the measurement should be left float-
  517. ing.
  518.  
  519.  
  520.  
  521. 5.4    Capacitance (see _ 4.4)
  522.  
  523.     The capacitance of the SAA shall be measured between each terminal and every other terminal. 
  524. All terminals not involved in the test shall be connected to an earth plane in the measuring instru-
  525. ment. The measurement voltage should be small enough to not interfere with the measurement and 
  526. should in any case not exceed 1 V rms.
  527.  
  528.  
  529.  
  530. 5.5    Impulse reset (see _ 4.5)
  531.  
  532.     The maximum impulse current should be 25A, with a 10/1000 or 10/700 waveform measured through 
  533. a short circuit. The maximum rate of change of current applied to the SAA throughout the test 
  534. should not exceed 30A/ms. The impulse current should be applied to the SAA in the same polarity as the d.c. 
  535. source.  Three impulses should be applied at not greater than one minute intervals. The tests should be repeated with 
  536. the specimen connections reversed. The 30ms requirement applies to the time between application of the impulse 
  537. and device reset. If required, the impulse generator may be disconnected from the SAA 10ms after the application of 
  538. the surge.
  539.  
  540.  
  541.  
  542. 5.6    Rate of change of current (see _ 4.6 and Figure 3/K.28)
  543.  
  544.     A surge with a rate of change of current of 25A/ms to 30A/ms and having a maximum current of 100A 
  545. and open circuit voltage of 1kV, should be applied to the SAA (see Figure 3/K.28). This should be repeated with 
  546. surges of the opposite polarity.
  547.  
  548.  
  549.  
  550.  
  551.  
  552. Figure 3/K.28  =  11,5 cm
  553.  
  554.  
  555.  
  556.  
  557.  
  558.  
  559.  
  560.  
  561.  
  562.  
  563.  
  564. 5.7    Surge life tests (see _ 4.7 and Figure 4/K.28)
  565.  
  566. 5.7.1    SAAs should be tested for impulse and 50/60 Hz life. When subjected to the various impulse and 
  567. 50/60 Hz test currents shown in Table5/K.28, at 20 ░C+2 ░C, a sample should have a surge life in 
  568. accordance with the number of operations specified in that table. Half the specified number of 
  569. tests should be carried out with one polarity followed by half with the other polarity.  Alterna-
  570. tively, half the number in a sample quantity may be tested with one polarity and the other half 
  571. with the opposite polarity. Tests for failure by insulation resistance, maximum and minimum volt-
  572. age limiting should be conducted after each application of the test currents. Impulse reset should 
  573. be measured after the number of operations specified as surge life criteria in Table5/K.28 of this 
  574. Recommendation for those SAAs surviving to that point.
  575.  
  576. 5.7.2    The open circuit voltage for the impulse life tests should measure at least 1000 V peak. The 
  577. current amplitudes should be measured with the SAA replaced by a short circuit having minimum 
  578. inductance.
  579.  
  580. 5.7.3    The test circuit for the 10 A rms alternating current test should consist of a 50/60 Hz sup-
  581. ply feeding a parallel pair of non-inductive series limiting resistors, one for each line terminal. 
  582. The supply-resistor combination should deliver 1000 V rms under open circuit conditions and 10A 
  583. rms to each line terminal under short circuit conditions.
  584.  
  585. 5.7.4    The 1 A alternating current tests should be conducted using the circuits shown in Figures 
  586. 4a)/K.28 and4b)/K.28.
  587.  
  588.  
  589.  
  590.  
  591.  
  592. Figure 4/K.28  =  15,5 cm
  593.  
  594.  
  595.  
  596.  
  597.  
  598.  
  599.  
  600.  
  601.  
  602. 5.7.5    A device should be considered to have reached end-of-surge life if any of the following 
  603. conditions apply:
  604.  
  605. 1)    the minimum voltage limit test results fall outside the limits in Table2/K.28;
  606.  
  607. 2)    the maximum voltage limit test results fall outside the limits in Table1/K.28;
  608.  
  609. 3)    the SAA fails to extinguish in less than 30ms at the component combinations listed for SAAs in 
  610. Table4/K.28;
  611.  
  612. 4)    the life test insulation resistance (RI) is less than or equal to 50 MW  at 100V d.c.
  613.  
  614.  
  615.  
  616.  
  617.  
  618. 6    Mechanical requirements
  619.  
  620.  
  621.  
  622. 6.1    Mechanical durability
  623.  
  624.     The SAA should be sufficiently mechanically durable to withstand normal installation and 
  625. maintenance procedures, as well as shipping, storage, and environmental stress.
  626.  
  627.  
  628.  
  629.  
  630.  
  631. 7    High temperature conditioning
  632.  
  633.     Samples should be subjected to the high temperature test specified here, and should display no 
  634. warping, fading, or degradation of any material within 12hours of return to ambient temperature. 
  635. They should be conditioned for seven days in a circulating air oven, maintained at the maximum tem-
  636. perature of intended application with no humidity control. After the seventh day, the samples 
  637. should be removed from the oven and allowed to return to ambient temperature.
  638.  
  639.  
  640.  
  641.  
  642.  
  643. 8    General test requirements
  644.  
  645.     This section describes the performance criteria against which an SAA is analysed.
  646.  
  647. 1)    Certain tests require previous testing of samples for stress and environment. Also, subsequent tests 
  648. may be necessary to determine whether the samples are still operational. If possible, the former tests should be 
  649. completed, and these samples should proceed to the test programme with the untested samples.
  650.  
  651. 2)    Surge testing can cause semi-conductor devices to heat. Accordingly, allow sufficient cooling time 
  652. between surges, as recommended by the manufacturer.
  653.  
  654. 3)    In all testing, the rate of change of discharge current must not exceed 30A/ms at any time nor must the 
  655. specified peak current be exceeded. Monitoring equipment to record these parameters is recommended.
  656.  
  657.  
  658.  
  659.  
  660.  
  661. 9    Product identification
  662.  
  663.  
  664.  
  665. 9.1    Operating voltage identification
  666.  
  667.     Each SAA should be marked in a clear, permanent, and distinctive manner to indicate the nominal 
  668. operating voltage.
  669.  
  670.  
  671.  
  672. 9.2    Manufacturer's identification
  673.  
  674.     On each SAA, the manufacturer's name, part number, and date code should be indelibly marked.
  675.  
  676.  
  677.  
  678. 9.3    Customer's identification
  679.  
  680.     If requested and agreed, the customer's identification should be indelibly marked, on each SAA.
  681.  
  682.  
  683.  
  684.  
  685.  
  686. 10    Documentation
  687.  
  688. 10.1    Complete instructions on installation and use should be included within every package of 
  689. SAAs (or should be available on request).
  690.  
  691. 10.2    Instructions and documentation should indicate whether the enclosed devices should be 
  692. installed only in subscriber premises, or switching centres, or both.
  693.  
  694. 10.3    Documentation should be provided so that the purchaser can determine the full character-
  695. istics as set out in this Recommendation.
  696.  
  697.  
  698.  
  699.  
  700.  
  701. 11    Ordering information
  702.  
  703.     The following information should be provided by the purchaser:
  704.  
  705. a)    a drawing giving all dimensions, finishes and termination details of protector package into which the 
  706. SAA will be fitted;
  707.  
  708. b)    nominal limiting voltage;
  709.  
  710. c)    the required markings;
  711.  
  712. d)    quality assurance requirements.
  713.  
  714.  
  715.  
  716.  
  717.  
  718.  
  719.  
  720. ANNEX  A
  721.  
  722. (to Recommendation K.28)
  723.  
  724. Definitions of terms special to this Recommendation
  725.  
  726.  
  727.  
  728. A.1    semi-conductor arrester (SA)
  729.  
  730.     A semi-conductor device that is intended to go low impedance when the voltage across two termi-
  731. nals exceeds a defined value, and go high impedance when that voltage is removed.
  732.  
  733.  
  734.  
  735. A.2    SA assembly (SAA)
  736.  
  737.     One or more SAs assembled into a housing in such a way as to form a readily identifiable, pur-
  738. chasable and testable unit. The function of an SAA is to divert overvoltages to earth, when 
  739. installed in a protector. Examples of SAA are shown in Figure I-1/K.28.
  740.  
  741.  
  742.  
  743.  
  744.  
  745.  
  746.  
  747.  
  748.  
  749.  
  750.  
  751.  
  752.  
  753.  
  754.  
  755. APPENDIX  I
  756.  
  757. (to Recommendation K.28)
  758.  
  759.  
  760.  
  761.  
  762.  
  763. Figure I-1/K.28  =  16 cm
  764.  
  765.  
  766.  
  767.  
  768.  
  769.  
  770.