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01 引文 雷击发生时，强电流及其产生的电磁脉冲能通过传导，感应，耦合等方式在电子设备产生过电压，过电压沿电源线或信号线传输时，就形成雷电浪涌。 通常，雷电会对暴露在外的电源线上感应出较高的电压，这种电压不仅会直接传到设备，其产生的浪涌电流在电源线路传导时，电磁感应的浪涌会耦合到周围的信号线。类似此类浪涌对电子产品会造成极大损害，因此要求产品具备一定浪涌抗扰能力。 02 雷电瞬态浪涌的三种类型 1.直接雷击，雷击于外部（户外）电网，注入的大电流流过接地电阻或者外部电路阻抗而产生电压，破还力极强，目前还没有设备能够对直接雷进行防护 2.传导雷击：由远处的架空线传导而来，由于接于电力网的设备对过电压有不同的抑制能力，因此传导过电压能量随线路的延长而减弱。 3.感应雷击，云层之间或者云层中的雷击或击于附件物体的雷击等产生的电磁场，作用于导体，感应很高的过电压，这类过电压具有很陡的前沿并快速衰减。 其中，感应雷有两种浪涌感应方式： ➤静电感应产生浪涌：雷电带有大量负电荷的雷云所产生的电场，会在导线上感应出被电场束缚的正电荷。当雷云放电时，云层中的电荷瞬间大量减小或消失，在线路上被束缚的正电荷瞬间失去束缚，在电势能作用下，在线路上产生浪涌冲击 ➤电磁感应产生浪涌：闪电电流在周围形成磁场，这种磁场随时间变化，在周围的导线上激发感应电动势，雷击发生在供电线路附近或避雷针上，会产生此类情况。 另外，还有一种比较少见的雷击浪涌机理，地线电位反弹，业内常称为“反弹雷”，当设备安装了浪涌保护器件时，设备的某根电缆出现浪涌电压，浪涌保护器触发，将浪涌能量旁路到大地，这时，由于大电流流过设备接地线，该设备的地线电位突然升高。此时与这台设备相连的其他设备，地电位还是零，两台设备之间产生了很高的共模电压，这种共模电压可能损坏设备接口。 03 雷电感应的影响因素 雷电感应是指导线上接收到的能量，其影响因素如下： 1.雷云电荷量大小，直接影响电流大小，从而影响产生电磁场强度。 2.雷电流的陡度，在波尾相同的情况下，陡度越大，谐波越丰富，能量越高产生的过电压越高。 3.雷电流的频率，振幅随频率增加而减小，雷电流主要集中在低频部分。 4.不同的导线的长度与过电压有直接关系，随着导线长度的增加，过电压峰值增加，但超过一定长度时，增幅会越来越小。 5.导线离云端的高度与过电压有直接关系，高度增加，感应过电压幅值迅速增加，这是因为离地高，导线和地构成的回路面积大，能够耦合更多的电磁场能量。 6.当导线两端接不同电阻时对导线感应过电压波形的大小产生影响，当始端为匹配电阻，末端感应电压值随着末端电阻增大而增大。 7.导线周围空间的电磁环境影响，屏蔽保护越好，导线感应过电压越小 04 浪涌测试标准 浪涌试验是模拟受试设备的附件发生雷电时，在受试设备的电源线和信号线感应的瞬态现象。这类能量通常很大，浪涌试验所依据的国际标准是IEC61000-4-5，对应国家标准是GB/T17626.2:200X《电磁兼容 试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验》。 该标准适用于电子设备在常规的工作状态下，对感应雷击，传导雷击产生的浪涌电压的测试。该标准不对绝缘耐高压的能力进行试验，因此不考虑直接雷。 其中，对浪涌信号发生器的直接输出电压/电流波形做了详细的说明，对应连接到对称通信线的端口，应该使用10/700μs组合波发生器。对于其他情况，特别是连接到电源线和短距离信号线的端口，应该使用1.2/50μs组合波发生器。通信系统一般还使用其他标准，如美国使用Telcordia GR-1089(规定的开路电压波形2/10μs，短路电流波形为10/1000μs)。 05 测试等级以及选择 等级试验范围如表1所示 表1. 试验等级“表格来自于IEC61000-4-5” 等级应用取决于环境，即遭受浪涌可能性的环境以及安装条件，主要分类如下： ➤等级一：较好的保护环境，比如工厂或电站的控制室 ➤等级二：有一定保护的环境，比如无强干扰的工厂 ➤等级三：普通的电磁骚扰环境，对设备没有规定特殊安装要求，比如普通环境下的电缆，工业性场所 ➤等级四：受强干扰的环境，如民用架空线，未加保护的高压变电所 ➤等级X: 由用户和制造商协商 06 浪涌发生器 浪涌发生器的电路如图1所示 图1. 组合波发生器“图片来自于IEC61000-4-5” 组合波发生器的内阻为2Ω。不同试验，需要的能量不同，这是通过外接电阻来调节。 具体对于不同位置来说，电源线之间的差模注入能量最大，外接电阻为零，此时内阻为2Ω。电源线之间的线地之间共模浪涌电压是通过10Ω的外接电阻注入。对于信号线的试验，注入的浪涌通过一个40Ω的串联电阻注入。不同内阻时，电压与电流的关系如表2。
07 两种主要的浪涌试验波形 根据测试标准的规定，两类主要的波形分别为1.2/50μs（8/20μs）组合波信号和10/700μs（5/320μs）组合波信号。 1. 1.2/50μs（8/20μs）组合波：1.2/50μs的电压浪涌波形（开路状态）和8/20μs的电流浪涌波形（短路状态）
图3. 短路电流波形（8/20μs）“图片来自于IEC61000-4-5” 2.10/700μs（5/320μs）组合波：10/700μs的电压浪涌波形（开路状态）和5/320μs的电流浪涌波形（短路状态）
图5. 短路电流波形（5/320μs）“图片来自于IEC61000-4-5” 两种浪涌信号的适用范围： 1.对通讯网和长距离信号电路端口，推荐采用10/700μs冲击波。常见电子设备如RJ45，RS232, XDSL, RS485，安防摄像头等 2.对交直流电源端口和短距离信号电路端口，推荐采用1.2/50μs冲击波。常见电子设备如LED照明设备，基站等 08 常见的设备端口抗浪涌能力测试 1.交流电源口过电压耐受水平 等级1：差模施加2kV电压正负各5次无损坏；共模4kV电压各5次无损坏 测试波形：1.2/50μs（8/20μs）组合波 测试方式：按照IEC61000-4-5 2.直流电源口过电压耐受水平 等级1：差模施加1kV电压正负各5次无损坏；共模2kV电压各5次无损坏 等级2：差模施加0.5kV电压正负各5次无损坏；共模1kV电压各5次无损坏 测试波形：1.2/50μs（8/20μs）组合波 测试方式：按照IEC61000-4-5，等级2为基本要求，若设备未配置防雷器情况，端口耐受等级要求应达到等级1 3.信号口过电压耐受水平（建筑内信号线） 等级1：差模施加2kV电压正负各5次无损坏；共模4kV电压各5次无损坏 等级2：差模施加1kV电压正负各5次无损坏；共模2kV电压各5次无损坏 等级3：差模施加0.5kV电压正负各5次无损坏；共模1kV电压各5次无损坏 测试波形：1.2/50μs（8/20μs）组合波 测试方式：按照IEC61000-4-5，等级3为基本要求，若走线超过10m，不超过30m，未加防雷器情况，端口耐受等级要求应达到等级1 4.信号口过电压耐受水平（建筑外信号线） 等级1：差模施加4kV电压正负各5次无损坏；共模4kV电压各5次无损坏 等级2：差模施加1kV电压正负各5次无损坏；共模2kV电压各5次无损坏 测试波形：1.2/50μs（8/20μs）组合波 测试方式：按照IEC61000-4-5，建筑外走线的信号电缆，进入室内应先经过配线架的一级保护。测试端口的要求是：对设备端口自身测试，应满足等级2；在信号端口前连接配线架（带一级保护单元），在配线架前测试，需满足等级1 |
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