Surge浪涌(沖擊)抗擾度測(cè)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(cè)試是模擬雷電帶來的嚴(yán)重干擾進(jìn)行試驗(yàn)。在工業(yè)過程中測(cè)量和控制裝 置的浪涌電流抗擾度試驗(yàn)是模擬設(shè)備在不同環(huán)境和安裝條件下可能受到的雷擊或開關(guān)切換過程中所產(chǎn)生的浪涌電壓與電流進(jìn)行試驗(yàn)。浪涌抗擾度測(cè)試為評(píng)定設(shè)備的電源線、I/O線以及 通信線的抗干擾能力提供依據(jù)。

　　A.浪涌抗擾度試驗(yàn)主要分浪涌電壓抗擾度試驗(yàn)和浪涌電流抗擾度試驗(yàn)，主要研究開關(guān)瞬態(tài)、雷電瞬態(tài)和瞬態(tài)模擬。

　　B.系統(tǒng)開關(guān)瞬態(tài)的內(nèi)容有：主電源系統(tǒng)切換騷擾、配電系統(tǒng)內(nèi)在儀器附近的輕微開關(guān)動(dòng)作 或者負(fù)荷變化、與開關(guān)裝置有關(guān)的諧振電路、各種系統(tǒng)故障。

　　C.雷電瞬態(tài)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(chǎn)生電壓;在建敘內(nèi)、;外導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)電壓和電流的間接雷擊5附近直接對(duì)地放電的雷電 入地電流耦合到設(shè)備組接地系統(tǒng)的公共接地路徑，當(dāng)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，電壓和電流可能發(fā)生 迅速變化，并可能稱合到內(nèi)部電路。

　　D.瞬態(tài)的模擬包括：信號(hào)發(fā)生器的特性盡可能地模擬上述現(xiàn)象;如果干擾源與受試設(shè)備的 端口在同一線路中，例茹在電源網(wǎng)絡(luò)中(直接耦合】，那—學(xué)發(fā)生器在受試設(shè)備的端口能 夠模擬一個(gè)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(hào)發(fā)生器能夠模擬一個(gè)高阻抗源。

　　1. 浪涌(沖擊)抗擾度測(cè)試等級(jí)

　　電網(wǎng)的開關(guān)操作激附近的雷電沖擊都會(huì)在交流電源線上象生浪涌現(xiàn)象。不同設(shè)備對(duì)浪涌 的敏感度不同，因而需要采用相應(yīng)的試驗(yàn)方法和不同的試驗(yàn)等級(jí)，如表1所示。

　　表1，試驗(yàn)等級(jí)

　　試驗(yàn)等級(jí)應(yīng)根據(jù)安裝情況來選擇，安裝情況可分為以下幾類。

　　a. 0類：保護(hù)良好的電氣環(huán)境，常常在-二間專用房間內(nèi)。

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

　　b. 1類：有部分保護(hù)的電氣環(huán)境。

　　所有引人室內(nèi)的電纜都有過電壓保護(hù)。各設(shè)備由地線網(wǎng)絡(luò)相互良好連接，并且該地線網(wǎng)絡(luò)術(shù)會(huì)受到電力設(shè)備或雷電的影響。電子設(shè)備有與其他設(shè)備完全隔離的電源/開關(guān)操作在室內(nèi)能產(chǎn)生干擾。浪涌電壓不能超過500V。

　　c. 2類：電纜隔離良好，設(shè)置短走線也隔離良好的電氣環(huán)境。

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

　　d. 3類：電源電纜和信號(hào)電纜平行敷設(shè)的電氣環(huán)境。

　　設(shè)備組通過電力設(shè)備的公共接地系統(tǒng)接地，該接地系統(tǒng)幾乎都會(huì)遇到由設(shè)備組本身或雷電產(chǎn)生的干擾電壓。在電力設(shè)施內(nèi)，有接地故障、開關(guān)操作和雷擊而引起的電流會(huì)在接地系統(tǒng)中產(chǎn)生幅值較高的干擾電壓。受保護(hù)的電子設(shè)備和靈敏度較差的電氣設(shè)備被接到同一電源網(wǎng)絡(luò)�；ミB電纜可以有一部分在戶外但緊靠接地網(wǎng)。設(shè)備組中有未被抑制的感性負(fù)載,但通常對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)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(shè)并且這些電纜被作為電子和電氣線路的電 氣環(huán)境。

　　設(shè)備組接到電力設(shè)備的接地系統(tǒng)，該接地系統(tǒng)容易遭受由設(shè)備組本身或雷電產(chǎn)生的干擾 電壓。在電力設(shè)施內(nèi)，由接地故障、開關(guān)操作和雷電產(chǎn)生的幾千安級(jí)電雍在接地系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn) 生幅值較高的干擾電壓。電子設(shè)備和電氣設(shè)備可能使用同一電源網(wǎng)絡(luò)�；ミB電纜如戶外電纜 一樣走線甚至連到高壓設(shè)備上。這種環(huán)境下的一種特殊情況是電子設(shè)備接到人口稠密區(qū)的通 信網(wǎng)上。這時(shí)在電子設(shè)備以外沒有系統(tǒng)性結(jié)構(gòu)的接地網(wǎng)，接地系統(tǒng)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(qū)電子設(shè)備與通信電纜和架空電力線路連接的電氣環(huán)境。

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

　　g. X類：產(chǎn)品技術(shù)要求中規(guī)定的特殊環(huán)境。

　　h. 表2給出了試驗(yàn)等級(jí)的選擇。

　   表2， 試驗(yàn)等級(jí)的選擇

　　注：①距離10m到最長(zhǎng)30m，有特別的結(jié)構(gòu)并經(jīng)過專門的布置，對(duì)10m以下的互連電纜不做試驗(yàn)，僅算2類適用。

　�、谌�決于當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的等級(jí)。

　�、弁ǔ�帶第一級(jí)保護(hù)進(jìn)行試驗(yàn)。

　�、蹹B-數(shù)據(jù)總線(數(shù)據(jù)線：)，SDB-短距離總線，LDB-長(zhǎng)距離總線，NA-不適用。

　　2. 浪涌(沖擊)抗擾度測(cè)試設(shè)備 ：

　　(1) 組合波(混合)信號(hào)發(fā)生器

　　圖1為組合波信號(hào)發(fā)生器的電路原理圖。選擇不同元件Rs1，Rs2, Rm, Lr, Rc的值,以使信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生1.2/50μs的電壓浪涌(開路狀態(tài))和8/20μs的電流浪涌(短路情況),此時(shí)信號(hào)發(fā)生器的等效輸出阻抗為2Ω。定義浪涌信號(hào)發(fā)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(chǎn)生1. 2/50μs開路電壓波形和8/20μs短路電流波形的信號(hào)發(fā)生器被稱為組合波浪涌信號(hào)發(fā)生器(CWG)或混合波信號(hào)發(fā)生器。組合波信號(hào)發(fā)生器的特征與特性如下。

　　圖1，組合波信號(hào)發(fā)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(nèi)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(nèi)能輸出。

　　e. 短路輸出電壓公差：±10%。

　　f. 極性：正或負(fù)。

　　g. 重復(fù)率：每分鐘至少一次

　　圖2，開路電壓波形(10/700μs)

　　(2) 耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)

　　耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)不應(yīng)該明顯影響信號(hào)袁齒器的參數(shù)，例如開路電壓、短路電流應(yīng)該在規(guī) 定的公差范圍內(nèi)。

　　①用于交7直流電源線的耦合7去耦網(wǎng)絡(luò)(僅適用于組合波信號(hào)發(fā)生器)

　　電壓和電流的波前時(shí)間和半峰值時(shí)間應(yīng)分別在開路情況下和短路情況下校驗(yàn)。信號(hào)發(fā)生器 的輸出或其耦合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)與有足夠帶寬和電壓量程的測(cè)量系統(tǒng)連接，以便監(jiān)視開路電莊波形。在 去耦網(wǎng)絡(luò)的輸出端上，所有波形參數(shù)和信號(hào)發(fā)生器的其他特性參數(shù)相同。

　�、谟糜陔娫淳�的電容耦合

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

　　當(dāng)受試設(shè)備沒有與去耦網(wǎng)絡(luò)鏈接時(shí)，在未加浪涌線路上的殘余浪涌電壓不應(yīng)該超過最大可施加電壓的15%;當(dāng)受試設(shè)備、供電網(wǎng)絡(luò)沒有與去耦網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，在去耦網(wǎng)絡(luò)電源輸人端上的殘余浪涌電壓不應(yīng)該超過所施加試驗(yàn)電壓的15%或電源電壓峰值的2倍，兩者中取較大者。

　�、塾糜诨ミB線的耦合/去耦兩絡(luò)

　　應(yīng)該根據(jù)線路功能和運(yùn)行狀態(tài)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。

　�、苡糜诨ミB線的電容耦合

　　對(duì)非屏蔽不平衡I/O線路，當(dāng)電容耦合對(duì)該線上的逋信功能沒有影響時(shí)，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(wǎng)絡(luò)的額定參數(shù)：耦合電容為0.5μF， 去耦電感為20Mh。

　　⑤用氣體放電管耦合

　　對(duì)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(chǎng)合。就多芯電纜中的感應(yīng)電壓兩言，耦合網(wǎng)絡(luò)還具有調(diào)節(jié)浪涌電流分布的任務(wù)。耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)的辦定參數(shù)：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(yàn)配置

　　試驗(yàn)配置包括受試設(shè)備(EUT)、輔助設(shè)備(AE)、電纜、耦合裝置(電容或氣體放電管)、信號(hào)發(fā)生器(組合波信號(hào)發(fā)生器，10/700μs信夸發(fā)生器)、去耦網(wǎng)絡(luò)/保護(hù)裝置、10Ω和40Ω附加電阻。

　　①EUT電源試驗(yàn)的配置

　　浪涌經(jīng)電容耦合網(wǎng)絡(luò)加到EUT電源端上，為了避免對(duì)由同一電源供電的非UET產(chǎn)生不利影響，需要使用去耦網(wǎng)絡(luò)，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(guī)定的波形。為模擬典型輞合阻抗，在某些情況下，試驗(yàn)時(shí)必須使用附加的規(guī)定電阻。

　�、诜瞧帘尾粚�(duì)稱工作互連線試驗(yàn)的配置

　　耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)對(duì)受試線路的規(guī)定功能狀態(tài)不應(yīng)產(chǎn)生影響。圖3為用電容向線路施加浪涌。圖4為另一個(gè)試驗(yàn)配置(用氣體放電管耦合)，供具有較高信號(hào)傳輸頻率的線路使 用…應(yīng)根據(jù)傳輸頻率下的容性負(fù)載來選擇耦合方法。

　　圖3，非屏蔽不對(duì)稱工作互連線試驗(yàn)配制示例(線一線/線一地用電容耦合)

　�、鄯瞧帘螌�(duì)稱工作互連線/通信線試驗(yàn)的配置(見圖5)。

　　圖4，不對(duì)稱工作互連線試驗(yàn)配置示例(線一線/線一地用氣體放電管耦合)

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

　　對(duì)于平衡互連7通信線，通常不能使用電容耦合方法，此時(shí)耦合是由氣體放電管來完成的。應(yīng)該考慮兩種試驗(yàn)配置：對(duì)僅在EUT有第二級(jí)保護(hù)的設(shè)備級(jí)抗擾度試驗(yàn)配置，用較低的試驗(yàn)等級(jí)，如0.5kV或1kV;對(duì)有第一級(jí)保護(hù)的系統(tǒng)級(jí)抗擾度試驗(yàn)配置，用較高的試驗(yàn)等級(jí)，如2kV或4kV。

　　④屏蔽線試驗(yàn)的配置

　　對(duì)于屏蔽線來說，耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)不再適用。這時(shí)，應(yīng)該根據(jù)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(yàn)和施加點(diǎn)位差的試驗(yàn)配置示例(傳導(dǎo)耦合)

　　對(duì)于屏蔽線一端接地的情祝，應(yīng)該按照?qǐng)D7所示來進(jìn)行。為了對(duì)安全地線去耦，應(yīng)使用安全隔離變壓器。

　　圖7，

　　正常情況下，應(yīng)使用規(guī)定的最長(zhǎng)屏蔽電纜。根據(jù)浪涌的頻譜特性，應(yīng)使用20m長(zhǎng)的規(guī) 定屏蔽電纜。

　　給屏蔽線施加浪涌的規(guī)則：兩端接地的屏蔽，應(yīng)按圖6給屏蔽層施加浪涌;一端接地的屏蔽，按圖7進(jìn)行試驗(yàn)，電容為電纜對(duì)地電容，電容量的大小可按100Pf/m計(jì)算。 在屏蔽層上施加的試驗(yàn)電平是“線一地值”(2Ω阻抗)。

　　3. 浪涌(沖擊)抗擾度測(cè)試步驟

　　在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)施加浪涌的試驗(yàn)步驟如下。

　　a. 根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際使用和安裝條件確定試驗(yàn)配置。

　　b. 根據(jù)產(chǎn)品使用情況確定試驗(yàn)等級(jí)。

　　c. 根據(jù)試驗(yàn)要求確定觸發(fā)方式(內(nèi)觸發(fā)還是外觸發(fā))。

　　d. 確定在EUT上的試驗(yàn)部位，如電源線、I/O端等。

　　e. 在每個(gè)選定的部位上，正、負(fù)極性的干擾至少要各加5次，每次浪涌的最大重復(fù)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(fù)極性浪涌在270°相位加入。

　　g. 試驗(yàn)電壓逐步增加到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)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(guī)定，則浪涌應(yīng)遂次加在每一根線與地之間，有時(shí)組合波形發(fā)生器要同時(shí)測(cè)試兩根或多根線對(duì)地情形，這時(shí)脈沖持續(xù)期可允許減

　　i. 對(duì)于測(cè)試二次保護(hù)的試驗(yàn)，發(fā)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(hù)擊穿。

　　對(duì)于產(chǎn)品的驗(yàn)證試驗(yàn)，海了找到設(shè)備在工作期間的臨界點(diǎn)，“麝須要施加足夠數(shù)量的 正、負(fù)極性'的測(cè)試脈沖。