Surge浪涌(冲击)抗扰度测试

　　浪涌(Surge)是指沿线路传送的电流、电压或功率，其特性是先快速上升后缓慢下降。 浪涌(冲击〉抗扰度测试是模拟雷电带来的严重干扰进行试验。在工业过程中测量和控制装 置的浪涌电流抗扰度试验是模拟设备在不同环境和安装条件下可能受到的雷击或开关切换过程中所产生的浪涌电压与电流进行试验。浪涌抗扰度测试为评定设备的电源线、I/O线以及 通信线的抗干扰能力提供依据。

　　A.浪涌抗扰度试验主要分浪涌电压抗扰度试验和浪涌电流抗扰度试验，主要研究开关瞬态、雷电瞬态和瞬态模拟。

　　B.系统开关瞬态的内容有：主电源系统切换骚扰、配电系统内在仪器附近的轻微开关动作 或者负荷变化、与开关装置有关的谐振电路、各种系统故障。

　　C.雷电瞬态主主要有：雷击于外部电路，洼人的大电流流过接地电阻或外部电路阻抗而 产生电压;在建叙内、;外导体上产生感应电压和电流的间接雷击5附近直接对地放电的雷电 入地电流耦合到设备组接地系统的公共接地路径，当保护装置动作时，电压和电流可能发生 迅速变化，并可能稱合到内部电路。

　　D.瞬态的模拟包括：信号发生器的特性尽可能地模拟上述现象;如果干扰源与受试设备的 端口在同一线路中，例茹在电源网络中(直接耦合】，那—學发生器在受试设备的端口能 够模拟一个低阻抗源;如果干扰源与受微备前端口不寒赫一线路中(?间接耦合〉，那么種 号发生器能够模拟一个高阻抗源。

　　1. 浪涌(冲击)抗扰度测试等级

　　电网的开关操作激附近的雷电冲击都会在交流电源线上象生浪涌现象。不同设备对浪涌 的敏感度不同，因而需要采用相应的试验方法和不同的试验等级，如表1所示。

　　表1，试验等级

　　试验等级应根据安装情况来选择，安装情况可分为以下几类。

　　a. 0类：保护良好的电气环境，常常在-二间专用房间内。

　　所有引人电缆都有过电压保护。各电子设备单元由设讣良好的接地系统相互连接^并且 该接地系统根本不会受到电力设备或雷电的影响。浪涌电压不超过25V。

　　b. 1类：有部分保护的电气环境。

　　所有引人室内的电缆都有过电压保护。各设备由地线网络相互良好连接，并且该地线网络术会受到电力设备或雷电的影响。电子设备有与其他设备完全隔离的电源/开关操作在室内能产生干扰。浪涌电压不能超过500V。

　　c. 2类：电缆隔离良好，设置短走线也隔离良好的电气环境。

　　设备组通过单独的地线接至电力设备的接地系统上，该接地系统几乎都会遇到由设备组本身或雷电产生的干扰电压。电子设备的电源主要靠专门的变压器来与其他线路隔离。本类设备组中存在无嫩线路，但这些线路隔离良好，且数量受到限值。浪涌的电压能超过1kV。

　　d. 3类：电源电缆和信号电缆平行敷设的电气环境。

　　设备组通过电力设备的公共接地系统接地，该接地系统几乎都会遇到由设备组本身或雷电产生的干扰电压。在电力设施内，有接地故障、开关操作和雷击而引起的电流会在接地系统中产生幅值较高的干扰电压。受保护的电子设备和灵敏度较差的电气设备被接到同一电源网络。互连电缆可以有一部分在户外但紧靠接地网。设备组中有未被抑制的感性负载,但通常对不同的现场电缆没有采取隔离。浪涌电压不能超过2kV。

　　e. 4类：互连线作为户外电缆沿电源电缆敷设并且这些电缆被作为电子和电气线路的电 气环境。

　　设备组接到电力设备的接地系统，该接地系统容易遭受由设备组本身或雷电产生的干扰 电压。在电力设施内，由接地故障、开关操作和雷电产生的几千安级电雍在接地系统中会产 生幅值较高的干扰电压。电子设备和电气设备可能使用同一电源网络。互连电缆如户外电缆 一样走线甚至连到高压设备上。这种环境下的一种特殊情况是电子设备接到人口稠密区的通 信网上。这时在电子设备以外没有系统性结构的接地网，接地系统仅由管道、电缆等组成。 浪涌电压不能超过4 kV。

　　f. 5类：在非人口稠密区电子设备与通信电缆和架空电力线路连接的电气环境。

　　所有这些电缆和线路都有过电压保护、在电子设备以外没有大范围的接地系统。由接地 故障和雷电引起的干扰电压是非常高的。

　　g. X类：产品技术要求中规定的特殊环境。

　　h. 表2给出了试验等级的选择。

　   表2， 试验等级的选择

　　注：①距离10m到最长30m，有特别的结构并经过专门的布置，对10m以下的互连电缆不做试验，仅算2类适用。

　　②取决于当地电力系统的等级。

　　③通常带第一级保护进行试验。

　　④DB-数据总线(数据线：)，SDB-短距离总线，LDB-长距离总线，NA-不适用。

　　2. 浪涌(冲击)抗扰度测试设备 ：

　　(1) 组合波(混合)信号发生器

　　图1为组合波信号发生器的电路原理图。选择不同元件Rs1，Rs2, Rm, Lr, Rc的值,以使信号发生器产生1.2/50μs的电压浪涌(开路状态)和8/20μs的电流浪涌(短路情况),此时信号发生器的等效输出阻抗为2Ω。定义浪涌信号发生器的等效输出阻抗为开路输出电压峰值与短路输出电流峰值之比。能产生1. 2/50μs开路电压波形和8/20μs短路电流波形的信号发生器被称为组合波浪涌信号发生器(CWG)或混合波信号发生器。组合波信号发生器的特征与特性如下。

　　图1，组合波信号发生器的电路原理图

　　a. 开路输出电压：至少在0.5?4.0kV范围内能输出。

　　b. 浪涌电压波形如图2所示。

　　c. 开路输出电压公差：±10%。

　　d. 开短路输出电流：至少在12。5?100A范围内能输出。

　　e. 短路输出电压公差：±10%。

　　f. 极性：正或负。

　　g. 重复率：每分钟至少一次

　　图2，开路电压波形(10/700μs)

　　(2) 耦合/去耦网络

　　耦合/去耦网络不应该明显影响信号袁齒器的参数，例如开路电压、短路电流应该在规 定的公差范围内。

　　①用于交7直流电源线的耦合7去耦网络(仅适用于组合波信号发生器)

　　电压和电流的波前时间和半峰值时间应分别在开路情况下和短路情况下校验。信号发生器 的输出或其耦合网络应与有足够带宽和电压量程的测量系统连接，以便监视开路电庄波形。在 去耦网络的输出端上，所有波形参数和信号发生器的其他特性参数相同。

　　②用于电源线的电容耦合

　　在接入电源去耦网络的同时―还可以通过电容耦合将试验电压按线一线或线一地方式加入。耦合/去耦网络的额定参数：耦合电容为9μF或18μF，电源去耦电感为1.5mH。

　　当受试设备没有与去耦网络链接时，在未加浪涌线路上的残余浪涌电压不应该超过最大可施加电压的15%;当受试设备、供电网络没有与去耦网络连接时，在去耦网络电源输人端上的残余浪涌电压不应该超过所施加试验电压的15%或电源电压峰值的2倍，两者中取较大者。

　　③用于互连线的耦合/去耦两络

　　应该根据线路功能和运行状态来选择耦合方法’具体的耦合方法包括电容耦合和用气体 放电管耦合。

　　④用于互连线的电容耦合

　　对非屏蔽不平衡I/O线路，当电容耦合对该线上的逋信功能没有影响时，推荐使用此方法，包括线一线耦合和线一地耦合。电容耦合/去耦网络的额定参数：耦合电容为0.5μF， 去耦电感为20Mh。

　　⑤用气体放电管耦合

　　对非屏蔽平衡线(通信〕推荐用气体放电管耦合。、本方法也可用在因功能问题而不能使 用电容耦合的场合。就多芯电缆中的感应电压两言，耦合网络还具有调节浪涌电流分布的任务。耦合/去耦网络的辦定参数：耦合电阻Rm2为n×25(Ω)(n≥2)，气体放电管为,90V,去耦电感为20Mh

　　(3) 试验配置

　　试验配置包括受试设备(EUT)、辅助设备(AE)、电缆、耦合装置(电容或气体放电管)、信号发生器(组合波信号发生器，10/700μs信夸发生器)、去耦网络/保护装置、10Ω和40Ω附加电阻。

　　①EUT电源试验的配置

　　浪涌经电容耦合网络加到EUT电源端上，为了避免对由同一电源供电的非UET产生不利影响，需要使用去耦网络，以便为浪涌波提供足够的去耦阻抗，使得能在受试线路上形成规定的波形。为模拟典型辋合阻抗，在某些情况下，试验时必须使用附加的规定电阻。

　　②非屏蔽不对称工作互连线试验的配置

　　耦合/去耦网络对受试线路的规定功能状态不应产生影响。图3为用电容向线路施加浪涌。图4为另一个试验配置(用气体放电管耦合)，供具有较高信号传输频率的线路使 用…应根据传输频率下的容性负载来选择耦合方法。

　　图3，非屏蔽不对称工作互连线试验配制示例(线一线/线一地用电容耦合)

　　③非屏蔽对称工作互连线/通信线试验的配置(见图5)。

　　图4，不对称工作互连线试验配置示例(线一线/线一地用气体放电管耦合)

　　图5. 非屏蔽对称工作互连线/通信线试验配置实例(线一线/线一地用气体放电管耦合)

　　对于平衡互连7通信线，通常不能使用电容耦合方法，此时耦合是由气体放电管来完成的。应该考虑两种试验配置：对仅在EUT有第二级保护的设备级抗扰度试验配置，用较低的试验等级，如0.5kV或1kV;对有第一级保护的系统级抗扰度试验配置，用较高的试验等级，如2kV或4kV。

　　④屏蔽线试验的配置

　　对于屏蔽线来说，耦合/去耦网络不再适用。这时，应该根据图6将浪涌施加于EUT(金属外壳)和连线的屏蔽层上。

　　图6，屏蔽线试验和施加点位差的试验配置示例(传导耦合)

　　对于屏蔽线一端接地的情祝，应该按照图7所示来进行。为了对安全地线去耦，应使用安全隔离变压器。

　　图7，

　　正常情况下，应使用规定的最长屏蔽电缆。根据浪涌的频谱特性，应使用20m长的规 定屏蔽电缆。

　　给屏蔽线施加浪涌的规则：两端接地的屏蔽，应按图6给屏蔽层施加浪涌;一端接地的屏蔽，按图7进行试验，电容为电缆对地电容，电容量的大小可按100Pf/m计算。 在屏蔽层上施加的试验电平是“线一地值”(2Ω阻抗)。

　　3. 浪涌(冲击)抗扰度测试步骤

　　在实验室内施加浪涌的试验步骤如下。

　　a. 根据产品的实际使用和安装条件确定试验配置。

　　b. 根据产品使用情况确定试验等级。

　　c. 根据试验要求确定触发方式(内触发还是外触发)。

　　d. 确定在EUT上的试验部位，如电源线、I/O端等。

　　e. 在每个选定的部位上，正、负极性的干扰至少要各加5次，每次浪涌的最大重复率为1次/分钟。

　　f. 向交流电源端口施加浪涌的相角：0°、90°、 270°上同步加入，正极性浪涌在90°相位、负极性浪涌在270°相位加入。

　　g. 试验电压逐步增加到产品标准所规定的电平值。

　　h. 浪涌要加在线一线和线一地之间。如果无特殊规定，则浪涌应遂次加在每一根线与地之间，有时组合波形发生器要同时测试两根或多根线对地情形，这时脉冲持续期可允许减

　　i. 对于测试二次保护的试验，发生器的输岀电压感颏赛提高到最坏的情况，即使其一次保护击穿。

　　对于产品的验证试验，海了找到设备在工作期间的临界点，“麝须要施加足够数量的 正、负极性'的测试脉冲。