2023低压半导体（固态）断路器用集成模块技术规范

低压半导体（固态）断路器用集成模块技术规范目 次前 言 II范围 1规范性引用文件 1术语和定义 1符号和缩略语 3分类与组件关系 3技术要求 7试验方法 14检验规则 19附 录 A 21I低压半导体（固态）断路器用集成模块技术规范范围（固态本文件适用于交流1000V和直流1500V以下的配电系统中低压半导体（固态）断路器集成模块。规范性引用文件（包括所有的修改单适用于本文件。GB/T2421—2020 环境试验概述和指南GB/T2423.1—2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温GB/T2423.2—2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B：高温GB/T2423.50—2012环境试验第2部分：试验方法试验Cy：恒定湿热GB/T14048.1—2012低压开关设备和控制设备第1部分：总则GB/T14048.2—2020低压开关设备和控制设备第2部分：断路器GB/T16935.1—2008 低压系统内设备的绝缘配合第1部分：原理、要求和试验GB/T4937.13—2018 半导体器件机械和气候试验方法第13部分：盐雾GB/T17626.2—2006 电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验GB/T17626.3—2016 电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验GB/T17626.4—2008 电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度实验GB/T17626.5—2008 电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验GB/T17626.8—2006 电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验GB/T17626.6—2008 电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导骚扰抗扰度GB/T17799.2—2003 电磁兼容通用标准工业环境中的抗扰度试验JB/T6306—1992 电力半导体模块外形尺寸IEC60749-34—2010 半导体器件机械和气候测试方法 第34部分:功率循环术语和定义下列术语和定义适用于本文件。半导体（固态）断路器SemiconductorcircuitbreakerSCCB具有半导体开关元件的保护装置，由机械开关元件串联实现隔离功能，能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流，也能在所规定的非正常电路（例如短路）下接通、承载一定时间和分断电流。注：改写GB/T14048.2—2020。1集成模块Integratedmodule一个包含多个组件或功能的独立单元，这些组件或功能被组合在一起以实现特定的任务或功能。半导体（固态）断路器用集成模块SemiconductorcircuitbreakerIntegratedmodules集成半导体开关单元及辅助功能单元，能够实现半导体（固态）断路器功能的集成模块。半导体开关的单元Semiconductorswitchingunit由功率半导体器件串并联构成，实现接通、承载以及分断正常电路条件下的电流，并在所规定的非正常电路（例如短路）下接通、承载一定时间和分断电流的开关单元。隔离驱动单元Isolationdriveunit用于控制和驱动功率半导体器件（MOSFET、IGBT、SiC、GaN）的电子设备或电路。主要作用（通常是控制信号和逻辑电路的信号和电源与高电压电路中的功率半导体器件之间的隔离，以确保安全性、可靠性和电路保护。信号处理单元signalprocessingunit辅助供电的单元auxiliarypowersupplyunit用于给半导体（固态）断路器用集成模块中各个功能组件或单元提供工作电能。功率半导体器件powersemiconductordevice又称电力电子器件（PowerElectronicDevice），用于电能变换和电能控制电路中的大功率(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)电子器件。故障信号处理时间faultsignalprocessingtime从开始检测到故障信号到控制单元处理完故障信息并做出回应的时间。分断时间breakingtime从半导体开关单元接受到断开动作信号瞬间起到半导体开关单元完全分断为止的时间间隔。注：改写GB/T14048.1—2012,2.5.39接通时间makingtime从半导体开关单元接受到闭合动作信号瞬间起到半导体开关单元完全闭合为止的时间间隔。自动重合闸时间automaticreclosingswitchtime从半导体（固态）断路器分断后，到断路器自动重新接通的时间间隔。短路电流整定值short-circuitcurrentsetting使半导体（固态）断路器进行无任何人为延时关断动作的电流额定值。注：改写GB/T14048.2—2020。过载电流整定值overloadcurrentsetting2使半导体（固态）断路器进行过载故障处理动作的电流整定值。注：改写GB/T14048.2—2020。短路分断能力short-circuitbreakingcapacity在规定的条件及额定工作电压下,半导体（固态）断路器能够进行短路电流分断的能力值。注：改写GB/T14048.2-2020。符号和缩略语DC：直流ACSCCB：半导体（固态）断路器SCCBIM：半导体（固态）断路器用集成模块分类与组件关系分类根据应用场合，可分为以下几类：——适用于直流单极或交流单相的SCCBIM,如图1——SCCBIM2——SCCBIM33图1 适用于直流单极或交流单相的SCCBIM用例示意图图2 适用于直流双极的SCCBIM用例示意图4图3 适用于交流三相的SCCBIM用例示意图上面用例示意图中，有以下几点：1、g,d,sb,c,e2USCFSCCBIMGNDVCC3、强电输入端和强电输出端的保护电路按照对应线路连接。集成模块内部组件及关系（固态（固态1、2、3SignalSCFUIT辅助供电单元主要负责给集成模块内部的电压传感器、电流传感器、温度传感器、隔离驱动单元、VCC集成模块外部端口情况如下：5表1 集成模块各端口名称及功能说明端口名称外接功能拓展口g/bMOS管的栅极或者晶体管的基极d/cMOS管的漏级或者晶体管的集电极s/eMOS管的源极或者晶体管的发射极输出口U采样电压输出口GND1采样电压接地口I采样电流输出口GND2采样电流接地口T采样温度输出口GND3采样温度接地口SCF短路保护信号输出口输入口Signal驱动控制输入口GND4驱动控制接地口VCC辅助电源输入口GND5辅助电源接地口g,d,sUI端口T对应温度传感器采样半导体器件温度输出端；SCFSCCBIMSignal端口GND表示弱电的接地；端口VCC对应辅助电源接入端。端口强电输入端和强电输出端分别保护电路按照对应线路连接。集成模块端口与半导体（固态）断路器连接关系（固态（SCCBIM）（固态4。6图4 半导体断路器用集成模块与半导体断路器的连接示意图SCCBIMSCCBIM技术要求通用功能要求5.1节所述各类SCCBIM应满足一下基本要求：a）应具备电流分断能力，实现电流的快速切除和恢复；b）应具备简单快速的故障判断处理能力；应具备电压、电流、温度等信息的采集能力；5.2f）应具备短路和过载保护阈值可调能力。外观要求7外观质量外形尺寸SCCBIM5.2300ASCCBIM安装孔、几何尺寸和封装尺寸、散热面平整度在JB/T6306-19923300A的安装孔、几何尺寸和封装尺寸、散热面平整度不做规定，以满足用户需求为标准。通用性能要求）GB/T14048.1—2012中4.3.1.1适用,并补充如下:SCCIM的额定工作电压要满足AC100V和DC150V以下。e一般表示交流相间或直流极间的电SCCBIM）GB/T14048.1—2012中4.3.1.2适用,并补充如下:SCCBIM）GB/T14048.1—2012中4.3.1.3适用,并补充如下:SCCBIM的额定冲击耐受电压应该大于SCCBIM所处电路中可能产生的瞬态过电压规定值，）对CCBM见GBT1448.2012中4...4，SCCBIM额定接通能力GB/T14048.1—2012中4.3.5.2适用,并补充如下:SCCBIM的额定接通能力的规定要考虑额定工作电压和额定工作电流，一般要低于额定工作电流。额定分断能力GB/T14048.1—2012中4.3.5.3适用,并补充如下:SCCBIMSCCBIMSCCBIMSCCBIM）GB/T14048.1—2012中4.3.6.1适用,并补充如下:8SCCBIM商规定。在保证CCBM散热良好的情况下，能够在2倍SCCBM分断时间o内安全运行的电流设为最大短时耐受电流。额定短时耐受电流的规定值应该小于最大短时耐受电流。SCCBIM42：SCCBIM123416842倍SCCBM。）SCCBIM（MCU）80μs。）SCCBIM的分断时间和内部半导体器件及外围组件相关，该值不大于10μs。）SCCBIM的分断时间和内部半导体器件及外围组件相关，该值不大于10μs。短路保护SCCBIMMCs过电流保护SCCBIMMCo温度信号输出及过温保护SCCBIM10℃~+60自动重合闸功能SCCBIM在完成分断过程后，能够自动重新闭合，自动重合闸时间不应大于3ms。泄漏电流SCCBIM在分断后，无绝缘故障，由于功率半导体特性导致流过半导体（固态）断路器的电流，该值应不大于5mA。SCCBIMSCCBIM在额定工作电压和额定工作电流运行条件下，功耗应不大于系统额定功率的2‰。最大容许短路电流上升率9SCCBIM在额定工作电压下，最大容许短路电流上升率不大于1kA/us。介电性能冲击耐受电压GB/T14048.1—2012中7.2.3.1适用，并补充如下：SCCBIM23表2 冲击耐受电压额定冲击耐受电试验电压与相应海拔压UimpkVU1.2/50kV海平面200m500m1000m2000m0.330.350.350.350.340.330.50.550.540.530.520.50.80.910.90.90.850.81.51.751.71.71.61.52.52.952.82.82.72.5表3 与额定绝缘电压对应的介电试验电压额定绝缘电压UiV交流试验电压（r,m,s）V直流试验电压bVUi≤601000141560＜Ui≤30015002120300＜Ui≤69018902670690＜Ui≤80020002830800＜Ui≤1000220031101000＜Ui≤1500a——3820a仅适用于直流。b试验电压值依据GB/T16935.12008中4.1.2.3.1第3段。电气强度SCCBIM应无击穿、闪络现象、引脚功能、电气性能无异常。电气间隙SCCBIM的结构应使电气间隙足够6.4.1要求的额定冲击耐受电压。4B4A(非均匀电场)所列之值，则不需进行试验。表4 空气中最小电气间隙最小电气间隙最小电气间隙/mm额定冲10击耐受电压UimpkV情况A非均匀电场条件情况B均匀电场条件污染等级污染等级123412340.330.010.20.81.60.010.20.81.60.50.040.20.81.60.040.20.81.60.80.10.20.81.60.10.30.81.61.50.50.50.81.60.30.60.81.62.51.51.51.51.60.61.21.21.6注：空气中最小电气间隙是以1.2/50us冲击电压为基础，其气压为80kPa相当于2000m海拔处正常大气压。爬电距离基本绝缘的爬电距离不应小于表5中的规定值；附加绝缘的爬电距离至少为基本绝缘规定值；加强绝缘的爬电距离至少为基本绝缘规定值的两倍；功能性绝缘的爬电距离不应小于表6规定值。表5 基本绝缘的最小爬电距离工作电压V爬电距离mm污染等级1污染等级2污染等级3材料组材料组IIIIIIa/IIIbIIIIIIa/IIIb≤500.20.60.61.21.51.71.9＞50且≤1250.30.81.11.51.92.12.4＞125且≤2500.61.31.82.53.23.64.0＞250且≤4001.02.02.84.05.05.66.3＞400且≤5001.32.53.65.06.37.18.0＞500且≤8001.83.24.56.38.09.010.0＞800且≤10002.44.05.68.010.011.012.5＞1000且≤12503.25.07.11012.514.016.0＞1250且≤16004.26.39.012.516.018.020.0＞1600且≤20005.68.011.016.020.022.025.0＞2000且≤25007.510.014.020.025.028.032.0＞2500且≤320010.012.518.025.032.036.040.0＞3200且≤400012.516.022.032.040.045.050.0＞4000且≤500016.020.028.040.050.056.063.0＞5000且≤630050.025.036.050.063.071.080.0＞6300且≤800025.032.045.063.080.090.0100.0＞8000且≤1000032.040.056.080.0100.0110.0125.0＞10000且≤1250040.050.071.0100.0125.0140.0160.0绕组漆包线认为是裸露导线，爬电距离不必大于表4规定的相应间隙。对于不会发生漏电起痕的玻璃、陶瓷和其他无机绝缘材料，爬电距离不必大于相应的电气间隙。除了隔离变压器的次级电路，工作电压不必小于器具的额定工作电压。11表6 功能性绝缘的最小爬电距离工作电压V爬电距离mm污染等级1污染等级2污染等级3材料组材料组IIIIIIa/IIIbIIIIIIa/IIIb≤500.20.60.81.11.41.61.8＞50且≤1250.30.71.01.41.82.02.2＞125且≤2500.41.01.42.02.52.83.2＞250且≤4000.81.62.23.24.04.55.0＞400且≤5001.02.02.84.05.05.66.3＞500且≤8001.83.24.56.38.09.010.0＞800且≤10002.44.05.68.010.011.012.5＞1000且≤12503.25.07.110.012.514.016.0＞1250且≤16004.26.39.012.516.018.020.0＞1600且≤20005.68.011.016.020.022.025.0＞2000且≤25007.510.014.020.025.028.032.0＞2500且≤320010.012.518.025.032.036.040.0＞3200且≤400012.516.022.032.040.045.050.0＞4000且≤500016.020.028.040.050.056.063.0＞5000且≤630050.025.036.050.063.071.080.0＞6300且≤800025.032.045.063.080.090.0100.0＞8000且≤1000032.040.056.080.0100.0110.0125.0＞10000且≤1250040.050.071.0100.0125.0140.0160.0对于工作电压小于250V且污染等级1和污染等级2的PTC电热元件，PTC材料表面上爬电距离不必大于相应的电气间隙，但其端子间的爬电距离按本表规定。对于不会发生漏电起痕的玻璃，陶瓷和其他无机绝缘材料，爬电距离不必大于相应的电气间隙。电磁兼容性考虑如下两种电磁环境：A;B.环境A:与低压非公用电网或工业电网的场所/装置有关，含高骚扰源。环境B:与低压公用电网的轻工业场所/装置有关，不含高骚扰源。GB/T14048.1-2012中7.3.2.2适用，但作如下补充：SCCBIMGB/T14048.1-201223SCCBIM12静电放电抗扰度SCCBIM的静电放电抗扰度应满足GB/T17626.2中试验等级2的要求。射频电磁场辐射抗扰度SCCBIM的射频电磁场辐射抗扰度应满足GB/T17626.3中试验等级2和3的要求。电快速瞬变/脉冲群抗扰度SCCBIM的电快速瞬变/脉冲群抗扰度应满足GB/T17626.4中试验等级4的要求。浪涌冲击抗扰度SCCBIM的浪涌冲击抗扰度应满足GB/T17626.5中试验等级1、2、3和4的要求。射频场感应的传导骚扰抗扰度SCCBIM的射频场感应的传导骚扰抗扰度应满足GB/T17626.6中试验等级3的要求。工频磁场抗扰度SCCBIM的工频磁场抗扰度应满足GB/T17626.8中试验等级3和4的要求。性能判据6.5.1~6.5.61、2、3A，载4B1234下适用B。GB/T17799.2-2003中4适用，但做如下修改：ASCCBIMSCCBIMSCCBIMB：在试验之后,SCCBIMSCCBIMSCCBIM温升性能温升极限SCCBIM66表7 SCCBIM部件的温升极限值13部件名称温升极限值/℃---与外部连接的接线端子125---可触及但不是手握的部件金属零件125非金属零件85---正常操作时无需触及的部件金属零件125非金属零件85除上述所列部件外，对其他部件不做温升规定，但以不引起相邻绝缘部件损坏为限。周围环境温度7GB/T14048.1—20126.1.1注1中的“GB/T7251.1”改为“GB/T7251系列”。环境适应性高温环境SCCBIM能够承受高温工作环境为125℃，湿度正常，电气性能与初始值偏差在10%以内。低温环境SCCBIM能够承受低温工作环境为-30℃，湿度正常，电气性能与初始值偏差在10%以内。高温高湿环境SCCBIM能够承受高温工作环境为85℃及湿度在85%，电气性能与初始值偏差在10%以内。SCCBIM的耐腐蚀能力应满足GB/T4937.13—2018中盐雾试验条件A的要求。功率循环SCCBIMIEC60749-34—20102310%内。试验方法GB/T2421—20202外观试验外观质量14倍的光学设备和足够大的视场来对SCCBIMSCCBIM

用能够放大3倍~1027m/sGB/T4937.3-2012SCCBIM外形尺寸用游标卡尺、角尺等工具测试。通用性能试验额定工作电压A额定绝缘电压按照GB/T14048.2—2020中8.3进行，根据试验样品的额定绝缘电压，对试验样品的额定绝缘电压进行测量，确实其额定绝缘电压满足6.3.2的要求。额定冲击耐受电压按照GB/T14048.2—2020中8.3进行，根据试验样品的额定冲击耐受电压，对试验样品的额定冲击耐受电压进行测量，确实其额定冲击耐受电压满足6.3.3的要求。额定工作电流A额定接通能力SCCBIM6.3.5A额定分断能力SCCBIM6.3.6A额定短时耐受电流SCCBIM6.3.7A故障信号处理时间6.2.8A分断时间156.2.9A接通时间6.2.6A短路保护AAA温度输出及过温保护6.3.13A重合闸功能SCCBIMA断态漏电流6.3.15ASCCBIMSCCBIM功耗分为半导体开关单元功耗和其他单元功耗之和。因此，试验分为两个部分：。IGBn=是IGBTC对于场效应管（MOSFET）P

=2R

是场效应管的通态电阻。

on C

ds(ON)

ds(ON)p。16T/CECXXXX-202Xt的功耗p=pp流。给定试验样品额定工作电压和额定工作电流，稳定后，试验给其他单元进行供电的电源仪器输出电压和电流，按照上面公式即可测量出其他单元的功耗。SCCBIM6.3.16A最大容许短路电流上升率6.3.17A介电性能试验冲击耐受电压GB/T14048.1-20128.3.3.4.1SCCBIMSSCBIMSSCBIM电气强度2500C1mi1m。电气间隙GB/T14048.1-20128.3.3.4.3SCCBIM3ASCCBIM爬电距离按GB/T16935.1进行试验，确认满足6.4.4的要求。电磁兼容性试验静电放电抗扰度SCCBIMGB/T17626.26.5.16.5.7SCCBIM射频电磁场辐射抗扰度SCCBIMGB/T17626.36.5.26.5.7SCCBIM电快速瞬变/脉冲群抗扰度SCCBIMGB/T17626.46.5.36.5.7SCCBIM17浪涌冲击抗扰度SCCBIMGB/T17626.56.5.46.5.7SCCBIM射频场感应的传导骚扰抗扰度SCCBIMGB/T17626.66.5.56.5.7SCCBIM工频磁场抗扰度SCCBIMGB/T17626.86.5.66.5.7SCCBIM温升性能试验温升极限GB/T14048.1-20128.3.3.3.1部件的温升是按GB/T14048.1-20128.3.3.3.27.5.2度之差，确定满足6.5.1的要求。主电路半导体的温升是按GB/T14048.1-2012中8.3.3.3.4测量温升，确定满足6.5.1的要求。GB/T14048.1-20128.3.3.3.46.5.1周围环境温度GB/T14048.1-20128.3.3.3.11/4SCCBIM1/2SCCBIM1m3℃,应按SCCBIM环境适应性试验高温环境SCCBIMGB/T2423.2—20085.2（125±3）℃的高温环96hSCCBIM2hSCCBIMSCCBIM48h低温环境SCCBIMGB/T2423.2—20085.2（-35±3）℃的高温环96hSCCBIM18在常态下恢复2h，SCCBIMSCCBIM48h高温高湿环境SCCBIMGB/T2423.50（-85±3）℃的高温环境下，相对湿8596hSCCBIM2hSCCBIMSCCBIM48h盐雾GB/T4937.13—20184.1GB/T4937.13—20184.2试验箱内的温度应保持在(35±2)℃,盐雾的浓度和喷出速度应调节到使试验区域内盐沉降率为(30±10)g/(m2·d)。在不低于35℃pH6.0~7.5(CPpH试验条件按照6.6.4中要求，试验结束后，按照GB/T4937.13—2018中4.4判断试验样品是否失效。功率循环IEC60749-34SCCBIMSCCBIM（90±10）5000SCCBIMSCCBIM检验规则检验分类检验应包括型式试验、常规试验、抽样试验。型式试验概述有下列情况之一时应进行型式试验：新产品定型或老产品转厂生产时；正式生产后，在设计、工艺材料、结构有改变，并可能影响产品性能时；合同规定有型式试验要求时；国家质量监督机构提出进行型式试验的要求时；型式试验周期三年。样品数量型式试验在1套样品上进行，试验中途不得更换样品。合格判据型式试验各项目全部符合技术要求为合格。发现有不符合技术要求的项目应分析原因，处理缺陷。19对产品进行整改后，再按全部型式试验项目进行试验。常规试验概述常规试验旨在检查电器的材料和加工质量的缺陷，并检测电器的固有功能。样品数量应在每台产品上进行。合格判据抽样试验概述如果工程和统计分析表示常规试验没有必要在每台产品上进行，则可由抽样试验来代替。抽样方案GB/T2828.1—2012S-3AQL1.0的正常检验一次抽样方案执行。合格判据试验项目试验项目见表8