2.7 浪涌（冲击）抗扰度试验

浪涌抗扰度试验的国家标准为GB/T17626.5，等同的国际标准是IEC61000—4—5。

2.7.1 试验目的

浪涌测试主要是为了模拟两种现象，即雷击和切换瞬变。

（1）雷击（主要模拟间接雷击）。

① 直接雷击，雷电击中户外线路，有大量电流流入外部线路阻抗或接地电阻，因而产生干扰电压。

② 间接雷击（如云层中或云层间的雷击）。在线路上感应出电压或电流，或者雷电击中了邻近物体，在其周围建立了电磁场，当户外线路穿过电磁场时，在线路上感应出了电压和电流。

③ 雷电击中了附近的地面，地电流通过公共接地系统时产生感应电压。

（2）切换瞬变。

① 主电源系统切换时（如补偿电容组的切换）产生的干扰；

② 同一电网中，在靠近设备附近有一些较大型的开关在跳动时所形成的干扰；

③ 切换有谐振线路的晶闸管设备所形成的干扰；

④ 各种系统性的故障（如设备接地网络或接地系统间产生的短路或拉弧故障）。

应建立一个共同标准来评价电气和电子设备抗浪涌干扰能力。

2.7.2 主要试验设备及必备条件

由于线路的阻抗不一样，浪涌在这两种线路上的波形也不一样，要分别模拟在电源线上的通信线路上的浪涌测试。图 2-21 所示是组合波发生器简图。其中，U 为高压源；R _e 为充电电阻；C _c 为储能电容；R _s1 和 R _s2 为脉冲持续时间形成电阻；R _m 为阻抗匹配电阻；L _e 为上升时间形成电感。

1.1.2/50μs组合波发生器

1.2/50μs组合波发生器应具有以下基本性能要求。

（1）开路输出电压（峰值）：±0.5～±4kV。

（2）短路输出电流（峰值）：±0.25～±2kA。

（3）发生器内阻：2×（1±10%）Ω（通过附加电阻 10Ω或 40Ω，可形成 12Ω或 42Ω的发生器内阻）。

（4）浪涌输出极性：+/-。

（5）浪涌移相范围：0°～360°。

（6）最大重复率：至少每分钟1次。

1.2/50～8/20μs波形参数的定义如表2-14所示。

注：在现行IEC出版物中，1.2/50μs和8/20μs波形通常按GB/T16927.1规定，如图2-22和图2-23所示，其他的IEC推荐标准按IEC60469—1规定，如表2-15所示。

对本部分，两种定义都是有效的，但所指的是同一发生器

开路电压峰值与短路电流峰值的关系如表2-15所示。

未连接 CDN （耦合/隔离网络）的发生器输出端的开路电压波形（1.2/50μs）（GB/T 16927.1的波形定义）如图2-22所示。

注：耦合/去耦网络输出端的开路电压波形可能存在较大的下冲，基本上同图中所示的曲线。

未连接 CDN 的发生器输出端的短路电流波形（8/20μs）（GB/T16927.1 的波形定义）如图2-23所示。

2.10/700μs组合波发生器

用于通信线路测试的10/700μs CCITT组合波浪涌发生器的基本线路如图2-24所示。其中，U为高压源；R _e 为充电电阻；C _c 为储能电容；R _s 为脉冲持续时间形成电阻；R _m1 和R _m2 为阻抗匹配电阻；C _s 为上升时间形成电容；S为匹配电阻切换开关，使用外部匹配电阻时，开关闭合。

发生器产生的浪涌波形，开路电压波前时间为10μs，开路半峰值时间为700μs。

10/700μs组合波发生器应具有以下基本性能要求。

（1）开路峰值输出电压（峰值）：±0.5～±4kV。

（2）动态内阻：40Ω。

（3）输出极性：正/负。

10/700～5/320μs波形参数的定义如表2-16所示。

注:30%的下冲规定只适用于发生器的输出端。在耦合/去耦网络的输出端，对下冲或过冲没有限制。

注：在现行IEC出版物中，10/700μs和5/320μs波形通常按GB/T16927.1规定，如图2-25和图2-26所示，其他的IEC推荐标准按IEC60469—1规定，如表2-17所示。

对本部分，两种定义都是有效的，但所指的是同一发生器

开路电压峰值与短路电流峰值的关系如表2-17所示。

发生器输出端的开路电压波形（10/700μs）（GB/T16927.1的波形定义）如图2-25所示。

发生器输出端的短路电流波形（5/320μs）（GB/T16927.1的波形定义，IEC60469中规定为4/300μs）如图2-26所示。

3.耦合/去耦网络

电源线耦合/去耦网络（CDN）如图2-27至图2-35所示。

注：图中的气体放电管可以用钳位电路取代。

注1：L ₂ 是4绕组的电流补偿线圈，以避免由于电能馈送造成线圈饱和。并且，L ₂ 应该有较低的阻抗，例如， L ₂ <<1Ω，用电阻与L ₂ 并联，可以降低L ₂ 的总阻值。

注2：R _A 和R _B 的阻抗应尽可能低，以防止产生振荡或振铃。

注3：R _C 和R _D 是80Ω的隔离电阻。

注4：不推荐将此网络用在10/700μs的波形中，因为电感将可能产生饱和。

2.7.3 试验方法及试验配置

1.试验配置

由于浪涌试验所采用的电压和电流波形较拱、前沿较缓，因此实验室的配置相对静电放电和电快速瞬变脉冲群试验要简单一些。

试验配置包括以下设备：

● EUT;

● 辅助设备（AE）（需要时）；

●（规定类型和长度的）电缆；

● 耦合/去耦网络；

● 参考接地平板。

当可能出现频率较高的情况（如通过气体放电管耦合），以及对屏蔽电缆测试时，需要用金属平板作为参考地，只有当 EUT 的典型安装有连接到参考地的要求时，才需要连接到参考地。

根据EUT的端口及外接电缆不同试验配置也不相同，具体如下：

1）EUT电源端的试验配置

1.2/50μs 的浪涌经电容耦合网络加到 EUT 电源端上，为避免对同一电源供电的非受试设备产生不利影响，并为浪涌波提供足够的去耦阻抗，以便将规定的浪涌施加到受试线缆上，需要使用去耦网络。

如果没有其他规定，EUT和耦合/去耦网络之间的电源线长度不应超过2m。

本部分规定，只有直接连接到交流和直流电源系统的端口才被认为是电源端口。

对于没有地线或外部接地连接的双重绝缘产品，测试应按与接地设备类似的方法进行，但是不允许添加额外的外部接地连接，若没有其他接地的可能，可以不进行线到地测试。

2）非屏蔽不对称互边线的试验配置

通常，用电容向线路施加浪涌，耦合/去耦网络对受试线路的规定功能状态不应产生影响。

替换的试验配置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，本方法降低了对EUT的容性加载效应，也许更适合高频电路。

如果没有其他规定，EUT和耦合/去耦网络之间的互连线长度不应超过2m。

3）非屏蔽对称互连/通信线的试验配置

对于对称互连/通信线路，通常不能使用电容耦合的方法，而采用气体放电管耦合的方法，不能规定避雷器触发点（对90V 气体放电管而言约为300V）以下的试验等级。应考虑以下两种试验配置：

（1）对仅在 EUT 有二次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；

（2）对带有一次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。

如果没有其他规定，EUT和耦合/去耦网络之间的互连线长度不应超过2m。

4）高速通信线的试验配置

由于数据传输速率或传输频率高而不能使用耦合/去耦网络时，可采用本章的试验配置。

试验前，应检查端口工作是否正常；然后断开外部连接，不用耦合/去耦网络，直接将浪涌施加在端口的接线端上，在浪涌试验结束后，应再次检查端口工作是否正常。

在浪涌试验过程中，端口断开的 EUT 工作应正常。然而，应当注意到，对于某些未连接数据/通信线的 EUT，它们可能会从内部关闭或断开通信端口。如果可能，应采用措施使数据/通信端口在试验中处于工作状态。

注意：耦合/去耦网络包含低通滤波元件，以阻止浪涌的高颇分量通过，但允许低频信号和工频通过，当所需信号的频率超过100kHz或数据传输速率超过100Kbps时，配合浪涌试验所需的滤波元件将大大衰减有用信号。

5）屏蔽线的试验配置

对于屏蔽线，耦合/去耦网络不再适用，应使用直接施加或多根屏蔽电缆中对单根电缆测试的可选耦合方法试验配置。

（1）直接施加。EUT 与地绝缘，浪涌直接施加在它的金属外壳上，受试端口的终端（或辅助设备）接地，该试验适用于使用一根或多根屏蔽电缆的设备，如图 2-36 和图 2-37所示。

注1：允许不经过隔离变压器而通过去耦网络为EUT和/或AE供电，但此时应断开EUT的保护地。

注2：该配置示意图也适用于直流供电的EUT。

注意：图2-36和图2-37提到的参考地是一个低阻抗基准，宜采用专用电缆或接地平面实现。

除受试端口，所有与 EUT 连接的端口都应该通过合适方法（如安全隔离变压器或合适的耦合/去耦网络）与地隔离，受试端口与连接到该端口的电缆的另一端的装置之间的电缆长度应该是 EUT 规定的最大长度或 20m 中两者取小者，如果长度超过 1m，应该按非电感性的结构捆扎。

屏蔽线按下面的规则施加浪涌。

① 两端接地的屏蔽线，按图2-36所示给屏蔽层施加浪涌。

② 一端接地的屏蔽线，按图 2-37 所示进行试验。如果在安装中，屏蔽层仅在辅助设备端接地，则试验应该在这种配置下进行，但是发生器仍按图2-37所示连接在EUT一侧。如果电缆长度允许，电缆应该置于离接地平板0.1m高的绝缘垫或电缆槽上。

对屏蔽线的试验宜使用2Ω源阻抗的发生器。

对没有金属外壳的产品，浪涌直接施加到屏蔽电缆上。

注1：允许不经过隔离变压器而通过去耦网络为EUT和/或AE供电，但此时应断开EUT的保护地。

注2：该配置示意图也适用于直流供电的EUT。

（2）多根屏蔽电缆中对单根电缆测试的可选耦合方法。如图2-38所示，用一根导线在尽可能接近受试互连电缆的位置来施加浪涌。这种耦合方法对于两个或多个 EUT（或一个 EUT 和 AE）之间有多个接地连接的多根屏蔽电缆是有用的，它可以将浪涌施加到一根特定的电缆或一束电缆中，如果每根电缆的典型安装是被捆扎成电缆束的，试验时也应捆扎。

在受试端口和与该端口连接的电缆的另一端的装置之间的电缆长度，应该是 EUT 规定的最大长度或20m中两者取小者。如果长度超过1m，则超过的部分应该在电缆的中心位置以 0.3～0.4m 的长度捆扎，如果因电缆太多或太硬不易捆扎，或因测试是在用户的安装现场进行的，则在测试报告中，应对超长电缆的处理进行准确的说明。

说明：

① LT—需测试的信号接地线；

② LN—不用测试的信号接口线；

③ TW—注入线。

注意：这种配置也适用于直流供电的EUT。

试验配置特性（AE应该连接到地）：

① 发生器置于EUT附近；

② 发生器的公共输出端连接到EUT的结构上；

③ 发生器的输出脉冲通过一根绝缘导线注入到 AE，并尽可能地使绝缘注入导线靠近EUT和AE间的接口电缆（绝缘注入导线的横截面大小不重要）；

④ 使I _LT ≈I和I _LN ＜＜I，则注入电流将在受试电缆的屏蔽层上流动（邻近效应）；

⑤ 应根据安装要求选择电缆长度，但最长不超过20m；

⑥ 受试电缆应离接地平面或屏蔽室的墙至少1m；

⑦ 为了避免其他的电流回路，非受试电缆应离受试电缆和接地平面或屏蔽室的墙面至少0.4m。

6）施加电位差的试验配置

在系统级测试中，可能需要施加电位差，以模拟系统内部因漏电流、故障或遭受雷击时在暴露的导电部件或机壳间形成的电压。对使用屏蔽线并且屏蔽线两端接地的系统按图2-36进行试验，对使用非屏蔽线或屏蔽线仅在一端接地的系统按图2-37进行试验。

2.试验方法

（1）根据受试设备的实际使用和安装条件进行布局和配置（部分标准会改变体现波形发生器信号源内阻的附加电阻）。

（2）根据产品要求选择试验电压的等级及试验部位。

（3）在每个选定的试验部位上，正、负极性的干扰至少要各施加 5 次，每次浪涌的最大重复率为每分钟1次（大多数系统用的保护装置在两次浪涌之间要有一个恢复期）。

（4）对于由交流供电的设备，还要考虑浪涌波的注入是否要与电源电压相位同步的问题，除非另有规定，应分别在0°、90°、180°和270°等特定的电角度上各施加5次正和5次负的浪涌脉冲。在直流电源端口和互连线上要分别施加5次正和5次负的浪涌脉冲。

（5）由于被试设备电压-电流转换特性曲线的非线性，试验电压应该由低到高逐步增加到产品标准的规定值，以避免试验中可能出现的假象。这是因为在高试验电压时，受试设备中可能有某个器件被击穿，泄放了试验电压，从而有可能使试验得以通过。然而在低试验电压时，由于器件未被击穿，因此试验电压全部加在受试设备上，反而使试验无法通过。

（6）浪涌要加在线-线或线-地之间。除非另有规定，进行线-地试验时，试验电压要依次加在每一根线与地之间。但要注意，有时出现标准要求将干扰同时叠加在两根线或多根线对地的情况，这时允许脉冲的持续时间减小一些。

（7）由于试验可能是破坏性的，所以千万不要使试验电压超过规定值。

2.7.4 试验等级

试验的严酷度等级应按照环境（遭受浪涌可能性的环境）及安装条件来选择，大体分如下几类。

0类：保护良好的电气环境，常常在一间专用的房间内。

1类：有部分保护的电气环境。

2类：电缆隔离良好，甚至短走线也隔离良好的电气环境。

3类：电缆平行敷设的电气环境。

4 类：互连线按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。

5类：在非人口稠密区电子设备与通信电缆及架空电力线路连接的电气环境。

X类：产品技术要求中规定的特殊环境。

为了证明系统级抗扰度，应该采取与实际安装情况有关的其他措施，如一次保护。试验等级如表2-18所示。