浪涌(沖擊)抗擾度測試

浪涌（Surge）是指沿線路傳送的電流、電壓或功率，其特性是先快速上升后緩慢下降。 浪涌（沖擊〉抗擾度測試是模擬雷電帶來的嚴重干擾進行試驗。在工業過程中測量和控制裝 置的浪涌電流抗擾度試驗是模擬設備在不同環境和安裝條件下可能受到的雷擊或開關切換過 程中所產生的浪涌電壓與電流進行試驗。浪涌抗擾度測試為評定設備的電源線、I/O線以及 通信線的抗干擾能力提供依據。

A.浪涌抗擾度試驗主要分浪涌電壓抗擾度試驗和浪涌電流抗擾度試驗，主要研究開關瞬態、雷電瞬態和瞬態模擬。

B.系統開關瞬態的內容有：主電源系統切換騷擾、配電系統內在儀器附近的輕微開關動作 或者負荷變化、與開關裝置有關的諧振電路、各種系統故障。

C.雷電瞬態主主要有：雷擊于外部電路，洼人的大電流流過接地電阻或外部電路阻抗而 產生電壓；在建敘內、；外導體上產生感應電壓和電流的間接雷擊5附近直接對地放電的雷電 入地電流耦合到設備組接地系統的公共接地路徑，當保護裝置動作時，電壓和電流可能發生 迅速變化，并可能稱合到內部電路。

D.瞬態的模擬包括：信號發生器的特性盡可能地模擬上述現象；如果干擾源與受試設備的 端口在同一線路中，例茹在電源網絡中（直接耦合】，那—學發生器在受試設備的端口能 夠模擬一個低阻抗源；如果干擾源與受微備前端口不寒赫一線路中（？間接耦合〉，那么種 號發生器能夠模擬一個高阻抗源。

1.         浪涌(沖擊)抗擾度測試等級

電網的開關操作激附近的雷電沖擊都會在交流電源線上象生浪涌現象。不同設備對浪涌 的敏感度不同，因而需要采用相應的試驗方法和不同的試驗等級，如表1所示。

表1，試驗等級

注：X*為開放等級，可在產品要求中規定。

試驗等級應根據安裝情況來選擇，安裝情況可分為以下幾類。

a．  0類：保護良好的電氣環境，常常在-二間專用房間內。

所有引人電纜都有過電壓保護。各電子設備單元由設訃良好的接地系統相互連接^并且 該接地系統根本不會受到電力設備或雷電的影響。浪涌電壓不超過25V。

b．  1類：有部分保護的電氣環境。

所有引人室內的電纜都有過電壓保護。各設備由地線網絡相互良好連接，并且該地線網絡術會受到電力設備或雷電的影響。電子設備有與其他設備完全隔離的電源/開關操作在室內能產生干擾。浪涌電壓不能超過500V。

c．  2類：電纜隔離良好，設置短走線也隔離良好的電氣環境。

設備組通過單獨的地線接至電力設備的接地系統上，該接地系統幾乎都會遇到由設備組本身或雷電產生的干擾電壓。電子設備的電源主要靠專門的變壓器來與其他線路隔離。本類設備組中存在無嫩線路，但這些線路隔離良好，且數量受到限值。浪涌的電壓能超過1kV。

d．   3類：電源電纜和信號電纜平行敷設的電氣環境。

設備組通過電力設備的公共接地系統接地，該接地系統幾乎都會遇到由設備組本身或雷電產生的干擾電壓。在電力設施內，有接地故障、開關操作和雷擊而引起的電流會在接地系統中產生幅值較高的干擾電壓。受保護的電子設備和靈敏度較差的電氣設備被接到同一電源網絡�；ミB電纜可以有一部分在戶外但緊靠接地網。設備組中有未被抑制的感性負載,但通常對不同的現場電纜沒有采取隔離。浪涌電壓不能超過2kV。

e．  4類：互連線作為戶外電纜沿電源電纜敷設并且這些電纜被作為電子和電氣線路的電 氣環境。

設備組接到電力設備的接地系統，該接地系統容易遭受由設備組本身或雷電產生的干擾 電壓。在電力設施內，由接地故障、開關操作和雷電產生的幾千安級電雍在接地系統中會產 生幅值較高的干擾電壓。電子設備和電氣設備可能使用同一電源網絡�；ミB電纜如戶外電纜 一樣走線甚至連到高壓設備上。這種環境下的一種特殊情況是電子設備接到人口稠密區的通 信網上。這時在電子設備以外沒有系統性結構的接地網，接地系統僅由管道、電纜等組成。 浪涌電壓不能超過4 kV。

f．   5類：在非人口稠密區電子設備與通信電纜和架空電力線路連接的電氣環境。

所有這些電纜和線路都有過電壓保護、在電子設備以外沒有大范圍的接地系統。由接地 故障和雷電引起的干擾電壓是非常高的。

g．  X類：產品技術要求中規定的特殊環境。

h．   表2給出了試驗等級的選擇。

表2， 試驗等級的選擇

注：①距離10m到最長30m，有特別的結構并經過專門的布置，對10m以下的互連電纜不做試驗，僅算2類適用。

②取決于當地電力系統的等級。

③通常帶第一級保護進行試驗。

④DB－數據總線（數據線：)，SDB－短距離總線，LDB－長距離總線，NA－不適用。

2.         浪涌(沖擊)抗擾度測試設備 ：

(1)    組合波（混合）信號發生器

圖1為組合波信號發生器的電路原理圖。選擇不同元件R_s1，R_s2, R_m, L_r, R_c的值,以使信號發生器產生1.2/50μs的電壓浪涌（開路狀態）和8/20μs的電流浪涌（短路情況）,此時信號發生器的等效輸出阻抗為2Ω。定義浪涌信號發生器的等效輸出阻抗為開路輸出電壓峰值與短路輸出電流峰值之比。能產生1. 2/50μs開路電壓波形和8/20μs短路電流波形的信號發生器被稱為組合波浪涌信號發生器(CWG)或混合波信號發生器。組合波信號發生器的特征與特性如下。

圖1，組合波信號發生器的電路原理圖

a．  開路輸出電壓：至少在0.5?4.0kV范圍內能輸出。

b．  浪涌電壓波形如圖2所示。

c．  開路輸出電壓公差：±10%。

d．  開短路輸出電流：至少在12。5?100A范圍內能輸出。

e．  短路輸出電壓公差：±10%。

f．   極性：正或負。

g．  重復率：每分鐘至少一次

圖2，開路電壓波形（10/700μs）

(2)    耦合/去耦網絡

耦合/去耦網絡不應該明顯影響信號袁齒器的參數，例如開路電壓、短路電流應該在規 定的公差范圍內。

①用于交7直流電源線的耦合7去耦網絡（僅適用于組合波信號發生器）

電壓和電流的波前時間和半峰值時間應分別在開路情況下和短路情況下校驗。信號發生器 的輸出或其耦合網絡應與有足夠帶寬和電壓量程的測量系統連接，以便監視開路電莊波形。在 去耦網絡的輸出端上，所有波形參數和信號發生器的其他特性參數相同。

②用于電源線的電容耦合

在接入電源去耦網絡的同時―還可以通過電容耦合將試驗電壓按線一線或線一地方式加入。耦合/去耦網絡的額定參數：耦合電容為9μF或18μF，電源去耦電感為1.5mH。

當受試設備沒有與去耦網絡鏈接時，在未加浪涌線路上的殘余浪涌電壓不應該超過最大可施加電壓的15%；當受試設備、供電網絡沒有與去耦網絡連接時，在去耦網絡電源輸人端上的殘余浪涌電壓不應該超過所施加試驗電壓的15%或電源電壓峰值的2倍，兩者中取較大者。

③用于互連線的耦合/去耦兩絡

應該根據線路功能和運行狀態來選擇耦合方法’具體的耦合方法包括電容耦合和用氣體 放電管耦合。

④用于互連線的電容耦合

對非屏蔽不平衡I/O線路，當電容耦合對該線上的逋信功能沒有影響時，推薦使用此方法，包括線一線耦合和線一地耦合。電容耦合/去耦網絡的額定參數：耦合電容為0.5μF， 去耦電感為20Mh。

⑤用氣體放電管耦合

對非屏蔽平衡線（通信〕推薦用氣體放電管耦合。、本方法也可用在因功能問題而不能使 用電容耦合的場合。就多芯電纜中的感應電壓兩言，耦合網絡還具有調節浪涌電流分布的任務。耦合/去耦網絡的辦定參數：耦合電阻Rm2為n×25（Ω）（n≥2），氣體放電管為,90V,去耦電感為20Mh

(3)    試驗配置

試驗配置包括受試設備（EUT）、輔助設備（AE）、電纜、耦合裝置(電容或氣體放電管)、信號發生器(組合波信號發生器，10/700μs信夸發生器)、去耦網絡/保護裝置、10Ω和40Ω附加電阻。

①EUT電源試驗的配置

浪涌經電容耦合網絡加到EUT電源端上，為了避免對由同一電源供電的非UET產生不利影響，需要使用去耦網絡，以便為浪涌波提供足夠的去耦阻抗，使得能在受試線路上形成規定的波形。為模擬典型輞合阻抗，在某些情況下，試驗時必須使用附加的規定電阻。

②非屏蔽不對稱工作互連線試驗的配置

耦合/去耦網絡對受試線路的規定功能狀態不應產生影響。圖3為用電容向線路施加浪涌。圖4為另一個試驗配置（用氣體放電管耦合），供具有較高信號傳輸頻率的線路使 用…應根據傳輸頻率下的容性負載來選擇耦合方法。

圖3，非屏蔽不對稱工作互連線試驗配制示例（線一線/線一地用電容耦合）

③非屏蔽對稱工作互連線/通信線試驗的配置（見圖5）。

圖4，不對稱工作互連線試驗配置示例（線一線/線一地用氣體放電管耦合)

圖5. 非屏蔽對稱工作互連線/通信線試驗配置實例(線一線/線一地用氣體放電管耦合）

對于平衡互連7通信線，通常不能使用電容耦合方法，此時耦合是由氣體放電管來完成的。應該考慮兩種試驗配置：對僅在EUT有第二級保護的設備級抗擾度試驗配置，用較低的試驗等級，如0.5kV或1kV；對有第一級保護的系統級抗擾度試驗配置，用較高的試驗等級，如2kV或4kV。

④屏蔽線試驗的配置

 對于屏蔽線來說，耦合/去耦網絡不再適用。這時，應該根據圖6將浪涌施加于EUT（金屬外殼）和連線的屏蔽層上。

圖6，屏蔽線試驗和施加點位差的試驗配置示例（傳導耦合）

對于屏蔽線一端接地的情祝，應該按照圖7所示來進行。為了對安全地線去耦，應使用安全隔離變壓器。

圖7，

正常情況下，應使用規定的最長屏蔽電纜。根據浪涌的頻譜特性，應使用20m長的規 定屏蔽電纜。

給屏蔽線施加浪涌的規則：兩端接地的屏蔽，應按圖6給屏蔽層施加浪涌；一端接地的屏蔽，按圖7進行試驗，電容為電纜對地電容，電容量的大小可按100Pf/m計算。 在屏蔽層上施加的試驗電平是“線一地值”（2Ω阻抗）。

3. 浪涌(沖擊)抗擾度測試步驟

在實驗室內施加浪涌的試驗步驟如下。

a．  根據產品的實際使用和安裝條件確定試驗配置。

b．  根據產品使用情況確定試驗等級。

c．  根據試驗要求確定觸發方式（內觸發還是外觸發）。

d．  確定在EUT上的試驗部位，如電源線、I/O端等。

e．  在每個選定的部位上，正、負極性的干擾至少要各加5次，每次浪涌的最大重復率為1次/分鐘。

f．   向交流電源端口施加浪涌的相角：0°、90°、 270°上同步加入，正極性浪涌在90°相位、負極性浪涌在270°相位加入。

g．  試驗電壓逐步增加到產品標準所規定的電平值。

h．  浪涌要加在線一線和線一地之間。如果無特殊規定，則浪涌應遂次加在每一根線與地之間，有時組合波形發生器要同時測試兩根或多根線對地情形，這時脈沖持續期可允許減

i．    對于測試二次保護的試驗，發生器的輸岀電壓感頦賽提高到最壞的情況，即使其一次保護擊穿。

對于產品的驗證試驗，海了找到設備在工作期間的臨界點，“麝須要施加足夠數量的 正、負極性'的測試脈沖。