4.4 浪涌抗扰度试验

浪涌抗扰度试验的国家标准为GB/T17626.5，国内在1999年和2008年出过两个版本，分别与国际标准IEC61000—4—5：1995和IEC61000—4—5：2001相等同。由于国内多数产品标准尚未修订，所以目前GB/T17626.5—1999和GB/T17626.5—2008这两个标准在国内是并存的。在浪涌抗扰度试验的标准介绍中，以GB/T17626.5—1999为主，后面将说明GB/T17626.5-2008与它的差异。

4.4.1 浪涌抗扰度试验问题的提出

雷击是极其普通的自然现象，据统计，全世界有4万多个雷暴中心，每天有800万次雷击，这意味着地球上每秒有100次左右的雷击发生。因此，电气和电子设备的抗击浪涌试验对于评定设备的电源线、输入/输出线、通信线在遭受高能量脉冲干扰时可建立一共同的依据。

标准主要模拟间接雷击（设备通常都无法经受直接雷击），如：① 雷电击中外部（户外）线路，有大量电流流入外部线路或接地电阻，因而产生的干扰电压；② 间接雷击（如云层间或云层内的雷击）在外部线路上感应出的电压和电流；③ 雷电击中线路邻近物体，在其周围建立的强大电磁场，在外部线路上感应出电压；④ 雷电击中附近地面，地电流通过公共接地系统时所引进的干扰。

浪涌抗扰度试验标准除模拟自然界的雷击外，还提到了变电所等场合，因为开关动作而引进的干扰（切换瞬变），如：①主电源系统切换时的干扰（如电容器组的切换）；②同一电网，在靠近设备附近的一些较小开关跳动时形成的干扰；③ 切换伴有谐振线路的晶闸管设备；④ 各种系统性的故障，如设备接地网络或接地系统间的短路和飞弧故障。

4.4.2 浪涌发生器

标准描述了两种不同的浪涌波发生器：一种是雷击在电源线上感应产生的波形；另一种是在通信线路上感应产生的波形。虽然两种线路都是架空线，但线路阻抗明显不同：电源线的阻抗低；通信线的阻抗高。因此感应出来的雷击浪涌波形也明显不同：在电源线上的浪涌波形要窄一些，前沿要陡一些；而通信线上的浪涌波要宽一些，前沿要平一些。由于开关电源试验主要是考虑从电源线引入的雷击浪涌干扰，所以本节也只介绍电源线试验的雷击浪涌发生器。

用于电源线路上试验的浪涌发生器又称为“综合波发生器”，这是指在一个发生器里可提供两个波形：发生器在输出开路的时候提供电压波；发生器在输出短路的时候提供电流波。由于将两个波形“综合”在一个发生器里发生，所以这个发生器被称为“综合波发生器”。

图4.27所示为综合波发生器的线路简图。图中Cc是储能电容，其实际容量在10μF左右（可以算出，4kV时的单个脉冲能量要接近100J。这几乎是同等电压的脉冲群单个脉冲能量的105倍。由此可见，雷击浪涌试验代表了一种高能量的脉冲干扰抗扰度试验）；电压波的宽度主要由波形形成电阻Rs1决定；阻抗匹配电阻Rm则决定了发生器的开路电压峰值与短路电流峰值的比例，在这里称为输出阻抗，标准规定为2Ω（因此，开路电压的峰值为4kV时，则短路电流的峰值为2kA）；电流波的上升与持续时间主要由波形形成电感来决定。

图4.28给出了综合波发生器的波形定义，按照标准规定，电压波的前沿为1.2μs± 30%，半峰值时间（又称半宽时间或脉冲持续时间）为50μs±20%；电流波的前沿为8μs ±20%，半峰值时间为20μs±20%。

标准对综合波发生器的基本要求如下。

（1）开路输出电压（±10%）：0.5～4kVP；

（2）短路输出电流（±10%）：0.25～2kAP；

（3）发生器内阻：2Ω（这是联系开路电压波和短路电流波的关键），可附加电阻10Ω或40Ω，以形成12Ω或42Ω的内阻；

（4）浪涌输出极性：正/负；

（5）浪涌移相范围：0°～360°（浪涌输出与电源同步时）；

（6）最大重复频率：至少每分钟1次。

4.4.3 浪涌抗扰度试验

1.试验配置

由于雷击浪涌试验用的电压和电流波形较宽、前沿较缓，所以实验室的配置要简单一些。

本节主要介绍产品标准上使用较多的电源线抗扰度试验，所采用的浪涌波是综合波。图4.29所示是单相线路上的共模和差模试验简图。图中的耦合/去耦网络与脉冲群试验有点相似，但由于雷击浪涌波的波形较宽、前沿较缓，说明波形中的高频成分不及脉冲群丰富，所以图示耦合/去耦网络的元件参数值要远大于脉冲群试验线路的参数，两者不能互相替代。

从图4.29中还可以看出，做差模试验和共模试验的耦合/去耦网络是不同的，差模试验的耦合电容是18μF；共模试验的耦合电路则由电容和电阻串联组成，其中电容为9μF，电阻为10Ω。去耦电路中的电感取1.5mH。

标准还规定：① 在被试设备未接的情况下，在未加浪涌的这路电源线上，它的残余脉冲不超过所加入电压波的15%；② 在被试设备和试验电源未接的情况下，漏到去耦网络输入端的残余脉冲不超过所加电压波的15%，或不超过电源线电压峰值的两倍，允许两者之中取大者。这些规定，实际上是浪涌设备制造商对去耦电容的选择依据（标准未规定共模和差模去耦电容的实际值）。

对于耦合/去耦网络和被试设备间的接线，其长度应为2m或更短。过长的接线会造成输出波形的衰减和畸变。

2.试验方法

（1）根据试品的实际使用和安装条件进行布局和配置（也包括有些标准会改变体现波形发生器信号源内阻的附加电阻）。

（2）根据产品要求来定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加5次，每次浪涌的最大重复率为1次/min（因为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，所以设备在做雷击浪涌试验时存在一个最大重复率的问题）。

（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同步的问题。如无特殊规定，通常要求在电源电压波形的过零点和正、负峰点的位置上叠加浪涌信号。

（5）考虑到被试设备电压-电流转换特性的非线性，试验电压应该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（在高试验电压时，因为被试设备中可能有某个薄弱器件击穿，旁路了试验电压，致使试验得以通过。然而在低试验电压时，由于薄弱器件未被击穿，所以试验电压以全电压加在试验设备上，反而使试验无法通过）。

（6）浪涌要加在线-线或线-地之间。如果要进行的是线-地试验，且无特殊规定，则试验电压要依次加在每一根线与地之间。但要注意：在做线-地试验时，有时出现标准要求将干扰同时叠加在2根或多根线对地的情况，这时脉冲的持续时间允许减小一些。

（7）由于试验可能是破坏性的，所以决不要使试验电压超过规定值。

3.试验等级

试验的严酷度等级分为1、2、3、4和X级。电源线差模试验的1级参数未给，其余各级分别为0.5kV、1kV、2kV及待定。电源线共模试验的各级参数为0.5kV、1kV、2kV、4kV及待定。

试验的严酷度等级取决于环境（遭受浪涌可能性的环境）及安装条件，大体分类如下。

1级：较好保护的环境，如工厂或电站的控制室。

2级：有一定保护的环境，如无强干扰的工厂。

3级：普通的电磁骚扰环境，对设备未规定特殊安装要求，如普通安装的电缆网络，工业性的工作场所和变电所。

4级：受严重骚扰的环境，如民用架空线，未加保护的高压变电所。

X级：特殊级，由用户和制造商协商后确定。

具体产品选用哪一级，一般由产品标准定。

4.4.4 新版国家浪涌抗扰度试验标准（GB/T17626.5—2008）介绍

新的国家浪涌抗扰度试验标准于2008年颁布，它等同于国际上的IEC61000—4—5：2005标准。

应该说新版与旧版标准相比还是有了不小的改动，但是这种改动更多的是反映在通信线路的抗扰度试验上，关于这方面的内容就不介绍了。这里只介绍与电源线抗扰度试验有关的内容，是有关于浪涌波经过电源线耦合/去耦网络后，在被试设备电源端口上的电压波形和电流波形的变动范围的要求。

新旧两个版本的标准在综合波发生器的基本参数上没有什么不同。但是两个标准的一个重要差异是新版标准提出了要在耦合/去耦网络的被试设备电源端口上校验电压和电流波形（包括波形的前沿和半峰值持续时间）。这在旧标准里是没有提到的。

新版标准中提出上述内容是非常重要的：当耦合/去耦网络与发生器配合使用时，耦合/去耦网络在一定程度上也成了发生器的负载。由于发生器产生的波形相对缓慢，电压波为1.2μs/50μs，电流波为8μs/20μs，意味着这些波形所包含的谐波成分不算太高，所以去耦网络中由电感形成的感抗值也有限，这必然使耦合/去耦网络成为发生器负载中不可忽视的部分，而且这个负载将同时参与综合波中的电压和电流波形的形成。很显然，这与单独由发生器去形成电压波和电流波是完全不同的概念，因此，在耦合/去耦网络的被试设备端口处的波形发生变化是不可避免的。在新版标准中给出了波形变化的允许范围，这实际规范了不同品牌仪器在制作上的误差；同时也增加浪涌试验时试验结果的可比性和重复性。

新版标准规定，在波形校验时，浪涌发生器的输出和耦合网络的输出端子要接到有足够带宽且有足够电压容量的测量系统中，以便监视开路电压的波形。在AC和DC电源线配置的耦合/去耦网络输出端的开路电压波形与耦合模式（线-线或线-地）有关。耦合电路的参数是：线-线（差模试验）为18μF；线-地（共模试验）为9μF+10Ω。

去耦电感由浪涌发生器的制造商选择，但在额定电流下，耦合/去耦网络在被试设备端口处的电源压降应小于10%。同时，去耦电感的值不应超过1.5mH。

为了避免在耦合/去耦网络上有不希望产生的电压降落现象出现，当电流＞25A时，耦合/去耦网络中的去耦元件（去耦电感）的值要适当减小，因此，开路电压波形的半峰值时间允许按照表4.10和表4.11中所规定的参数进行变化（在耦合/去耦网络的输出端对波形的下冲或过冲没有限制）。

值得一提的是，新标准对于耦合/去耦网络电源输入端的残余电压，以及未加浪涌这几条线路的串扰电压的要求没有发生变化。

新标准中的这些内容对仪器制造商和仪器的操作人员来说都是至关重要的，它增加了这个标准的可操作性。

4.4.5 浪涌抗扰度试验标准的点评

（1）现在有不少标准都提到用1.2μs/50μs雷击波做试验的情况，但标准不同，做试验的目的也不同。例如，高压试验也提到雷击试验，这是做脉冲耐压试验，用的发生器是高电压、高阻抗的。此时尽管发生器电压很高，但能量并不大。而且这种试验是在设备离线状态（不工作状态）下进行的。反之，对于GB/T17626.5标准，它强调做在线设备的浪涌抗扰度试验。由于线路阻抗低，所以发生器的输出阻抗也要求低。这样看来，适合做浪涌抗扰度试验的发生器，除了要有足够高的输出电压外，还要求发生器有低输出阻抗和能量输出大的特点。而且由于设备是在线状态（设备工作的状态）进行试验，必须要用到耦合/去耦网络。可见上述两种试验是截然不同的，绝对不能混为一谈。

（2）即使同样做设备的雷击浪涌抗扰度试验，不同的试验方法和试验目的所用的耦合/去耦网络参数也是不同的。例如，用于电源线抗差模干扰的试验，由于线路阻抗很低，标准规定其耦合电容用18μF，发生器的内阻用2Ω，这代表了低电压电源网络的信号源差模阻抗。对抗共模干扰试验，标准规定要在发生器的输出回路中串联一个10Ω的电阻，把它作为低电压电源网络的信号源共模阻抗。对于其他一些试验，如信号线上的雷击浪涌抗扰度试验，由于信号线阻抗比电源线要高出许多，所以发生器要附加一个40Ω的串联电阻，用于代表在其他线路上（除电源线外）的对地阻抗。

（3）即使是同一个试验，在不同国家里，由于国情不同，标准的细节也不尽相同。例如，在电源线上做共模试验，美国考虑其低压电网中线的接地情况不同，所以标准（ANSI/IEEEC62.41）运用时将上述10Ω串联电阻取消了，它的耦合电路只有一个9μF的电容（发生器的2Ω输出阻抗仍保留）。由于发生器的等效内阻减小，所以美国标准的共模试验比我国的GB/T17626.5和国际的IEC61000—4—5标准要严格得多。

由此可知，为保证试验结果的准确性，试验人员必须严格掌握试验中的每一细节。