1.引言

經(jīng)過對直接雷擊、傳導雷擊和感應雷擊三種主要形式的深入研究，人們建立了雷電感應和高壓反擊的理論，明確了金屬線上高壓雷電波的傳輸規(guī)律。在此基礎上，發(fā)明了間隙串聯(lián)保險絲避雷器、無間隙氧化鋅避雷器、瞬態(tài)過電壓浪涌抑制器(TVS)。這些技術(shù)在電力和其他金屬傳輸線路上的綜合應用，有效地防止了傳導雷擊對人和環(huán)境的災難性破壞。

2.雷擊浪涌的機理和綜合防護

雖然我們對直接雷擊和傳導雷擊的災難性破壞采取了良好的保護措施，但間接雷擊（如云中的雷擊，或附近物體的雷擊）仍然可以在室外架空線上感知浪涌電壓和電流。此外，在電站或開關站，大型開關切換時刻也會感應到供電線路上的大浪涌電壓和電流。這兩種浪涌的共同特點是能量特別大（與能量相比，靜電放電為皮膚焦耳水平，快速脈沖組為毫焦耳水平，雷擊浪涌為數(shù)百焦耳水平，是前兩個*數(shù)量的數(shù)百萬倍），但波形緩慢（微秒水平，靜電和快速脈沖組為納秒水平，甚至納秒水平），重復頻率低。電磁兼容領域所指的浪涌通常來自開關瞬時和雷擊瞬時。

瞬態(tài)抑制二極管

2.1開關瞬態(tài)

系統(tǒng)開關瞬態(tài)與以下內(nèi)容有關：主電源系統(tǒng)切換騷擾，如電容器組切換；配電系統(tǒng)附近輕微的開關動作或負載變化；與開關裝置相關的諧振電路，如晶閘管；設備接地系統(tǒng)短路、電弧故障等各種系統(tǒng)故障。

2.2雷擊瞬態(tài)

雷擊產(chǎn)生的浪涌（沖擊）電壓的主要來源如下：外部電路（室外）直接雷擊，注入的大電流通過接地電阻或外部電路阻抗產(chǎn)生浪涌電壓；在建筑物內(nèi)，感應電壓和電流間接雷擊在外部導體上產(chǎn)生；雷電接地電流與設備組接地系統(tǒng)的公共接地路徑耦合。如果有雷擊保護裝置，當保護裝置移動時，電壓和電流可能會迅速變化，并與內(nèi)部電路耦合，這仍然會產(chǎn)生瞬態(tài)沖擊。

因此，電子設備的浪涌（沖擊）保護已成為電子產(chǎn)品設計人員必須面對和解決的問題。相關浪涌保護標準及其試驗為電子產(chǎn)品浪涌（沖擊）保護設計的符合性確定提供了依據(jù)和手段。

2.3(雷擊)浪涌綜合防護

為有效保障人員、環(huán)境和設備免受(雷擊)浪涌的危害，需要一套系統(tǒng)全面的綜合防護體系。

在保護系統(tǒng)的設計中，保護區(qū)域應根據(jù)雷電損傷的概率和保護對象對雷電的敏感性進行劃分，并確定相應的雷電保護等級和相應的保護措施，形成三維深度（雷擊）浪涌保護系統(tǒng)。

根據(jù)各分區(qū)的特點，采取的防護措施有：

(1)利用雷電接閃器(避雷針、避雷帶等)及其系統(tǒng)在建筑物或系統(tǒng)外高處防止直擊雷的侵害。

(2)將瀉流裝置安裝在進入建筑物或系統(tǒng)傳輸導體上，分流雷電能量，防止傳導雷擊。

(3)采用等電位連接方式接地建筑物或系統(tǒng)設備，防止直接雷擊通過接地反擊。

(4)多級電磁屏蔽用于減少或限制建筑物或設備內(nèi)感應雷擊過電壓的產(chǎn)生。這些屏蔽包括建筑物屏蔽、電子系統(tǒng)設備室屏蔽、設備外殼屏蔽和信號管道屏蔽。

(5)過電壓/過流保護器用于外部電源或信號進入建筑物或系統(tǒng)的傳輸通道，防止其危害保護對象，即過電壓保護器(如過電壓限制器或浪涌吸收器等。)安裝在電源電路、信號接口等電路中，通過限制器將產(chǎn)生的過電壓鉗置于限制值以下，確保系統(tǒng)設備或部件不受異常動作或損壞。過電壓保護器的設置或選擇應根據(jù)其保護系統(tǒng)的重要級別或系統(tǒng)電路的接口方式進行綜合考慮。

每個部分的具體實施和安裝都有相應的標準要求。只要上述防護措施根據(jù)其分區(qū)和位置的特點滿足相應的防護標準要求，就可以形成完整的現(xiàn)代防雷系統(tǒng)，有效保護人員、環(huán)境和設備免受（雷擊）浪涌的傷害。

3.電子產(chǎn)品浪涌(沖擊)抗干擾標準及試驗

3.1常用的防雷標準及其適用范圍

3.1.1建筑設計的防雷標準

a) GB50057-94 (2000)修訂版《建筑防雷設計規(guī)范》

規(guī)定了一般建筑的防雷設計要求，使建筑能夠根據(jù)當?shù)厍闆r采取適當?shù)姆览状胧?，防止或減少雷擊建筑造成的人身傷亡和財產(chǎn)損失。

b)GB50174-93《建筑防雷設計規(guī)范》

適用于建筑面積大于或等于140㎡的主機房設計。本規(guī)范不適用于工業(yè)控制計算機房和微機房。

c)IEC1312 雷電電磁脈沖保護

3.1.2建筑接地，安裝防雷標準

A)YD5068-98《移動通信基站防雷接地設計規(guī)范》

本規(guī)范適用于新建移動通信基站的防雷和接地設計。對于移動通信基站防雷和接地設計的改造和擴建，也可以參考已建基站防雷和接地技術(shù)的改造。

b)YDJ26-89(綜合樓部分)

本標準規(guī)定了建筑物或建筑物頂部信息系統(tǒng)的雷電保護系統(tǒng)的設計、安裝、檢查、維護和評估。

c)YD2011-93

d)VDE0185《雷電保護系統(tǒng)安裝指南》

3.1.3防雷器件的技術(shù)標準

a)GA173-1998計算機信息系統(tǒng)防雷安全裝置

計算機信息系統(tǒng)安裝的防雷安全裝置應滿足本標準的技術(shù)要求、實驗方法、檢驗規(guī)則、標志、包裝、運輸和存儲要求，并能有效防止系統(tǒng)受保護設備的感應閃電損壞。

b)IEC61643。

標準，適用于交直流電源電路和設備上的電源避雷器，額定電壓為1000VAC或1500VDC。根據(jù)本標準對電源避雷器進行測試和應用。

c)IEC6164SPD通信網(wǎng)絡防雷器

標準，適用于通信信號網(wǎng)絡系統(tǒng)的防雷裝置。這種防雷裝置內(nèi)置過壓過流元件，額定電壓為1500VAC/DC。根據(jù)本標準對電源防雷裝置進行分類和測試。

d)VDE0675過壓保護器

德國標準標準，該標準適用于過電壓放電保護器(電源防雷器)和100V至1000V范圍內(nèi)額定交直流電壓的供電和配電系統(tǒng)。該標準對防雷裝置提出了分類要求。

3.1.4產(chǎn)品防雷技術(shù)標準

A)GB17626.5-1999電磁兼容試驗和測量技術(shù)浪涌(沖擊)抗干擾試驗

b)YD/T993-1998《電信終端設備防雷技術(shù)要求及試驗方法》

c)GB3482-1983。

d)GB3483-1983電子設備雷擊試驗指南

下面簡要介紹這四種產(chǎn)品的防雷(浪涌)標準。

標準測試要求為3.2GB1762.5.5-1999。

對于不同的電子產(chǎn)品，電氣產(chǎn)品標準對浪涌(沖擊)抗干擾試驗有不同的要求，但這些標準大多直接或間接引用GB/T17626.5-1999(idtIEC61000-4-5:1995):電磁兼容試驗和測量技術(shù)浪涌(沖擊)抗干擾試驗。

3.2.1適用范圍

適用于電氣和電子設備在規(guī)定的工作狀態(tài)下工作時，對開關或電產(chǎn)生的浪涌（沖擊）電壓的反應。該標準不測試絕緣材料的耐高壓性。該標準不考慮直接雷擊。

本標準是基本標準，規(guī)定了浪涌（沖擊）試驗的試驗等級分類和試驗方法，但沒有規(guī)定具體的試驗等級選擇和資格判斷標準。一般來說，它不直接適用于特定產(chǎn)品的浪涌（沖擊）抗干擾試驗和符合性判斷。本標準一般以特定產(chǎn)品或產(chǎn)品集群標準為試驗方法，在相應標準中規(guī)定了具體的試驗等級選擇和資格判斷標準。

3.2.2試驗發(fā)生器

信號發(fā)生器的特性應盡可能模擬開關瞬態(tài)和雷擊瞬態(tài)：如果干擾源和測試設備的端口在同一線路上，如電源網(wǎng)絡（直接耦合），則信號發(fā)生器可以模擬測試設備端口的低阻抗源；如果干擾源和測試設備的端口不在同一線路上（間接耦合），則信號發(fā)生器可以模擬高阻抗源。

對于不同場合使用的產(chǎn)品和產(chǎn)品的不同端口，由于相應的浪涌(沖擊)瞬態(tài)波形不同，相應的模擬信號發(fā)生器的參數(shù)也不同。例如，1.2/50μs(8/20μs)組合波信號發(fā)生器通常用于交直流電源端口和短距離信號電路/線路端口(當發(fā)電機輸出端打開時，形成電壓浪涌波;當發(fā)電機輸出端短路時，形成電流浪涌波)，波形圖如圖2-1所示；對于電信端口和長距離信號電路/線路端口，通常使用10/700μs測試信號發(fā)生器來滿足CCITT的要求。

3.2.3試驗等級和信號發(fā)生器

應根據(jù)安裝情況選擇試驗等級。對于更高級別的測試，測試應滿足表中列出的較低級別。對于特定產(chǎn)品，通常在相應的產(chǎn)品或產(chǎn)品系列標準中規(guī)定了測試等級的選擇

試驗等級

3.2.4耦合方式

對于交流/DC電源線，建議使用配套的耦合/解耦網(wǎng)絡（僅適用于組合波信號發(fā)生器）。電容耦合可用于交流/DC電源線：在連接電源解耦網(wǎng)絡的同時，還可以通過電容耦合根據(jù)線路或線路地點添加測試電壓。對于非屏蔽不平衡的I/O線路，當電容耦合不影響線路上的通信功能時，建議使用電容耦合。對于非屏蔽平衡（通信）線路，建議使用氣體放電管耦合。

3.2.5確定源阻抗

信號源阻抗的選擇取決于:電線、導體、線路類型(交流電源、直流電源、互連線等。)；電纜、線路長度；測試電壓的施加(線-線或線-地面)。2Ω阻抗表示低壓電網(wǎng)的源阻抗；12Ω阻抗表示低壓電網(wǎng)對地的源阻抗；42Ω阻抗表示所有其他線路對地的源阻抗。

3.2.6實施試驗

電源、信號和其他功能應在其額定范圍內(nèi)使用，并處于正常工作狀態(tài)。根據(jù)要測試的EUT的端口類型，選擇相應的測試波形發(fā)生器、耦合單元和相應的信號源內(nèi)部電阻。根據(jù)測試設備的端口及其組合，使測試設備處于典型的工作條件下。

電源端子浪涌試驗時，試驗電壓應分別應用于交流電壓波形的正負峰值和過零點。電源線和信號線應在不同組合的共模和差模狀態(tài)下施加脈沖沖擊。每個組合狀態(tài)至少進行5次脈沖沖擊。每個組合應測試不同的脈沖極性，兩個脈沖間隔不小于1分鐘。

如果需要滿足較高級別的測試要求，還應同時進行較低級別的測試。只有當兩者同時滿足時，我們才能認為測試已經(jīng)通過。根據(jù)產(chǎn)品的特點，不同的產(chǎn)品或產(chǎn)品家庭標準可能對試驗的實施有具體的規(guī)定。

3.3 YD/T993-1998標準測試要求簡述

YD/T993-1998:《電信終端設備防雷技術(shù)要求及試驗方法》為產(chǎn)品集群標準，不僅規(guī)定了試驗方法，還規(guī)定了試驗等級和判斷標準，適用于電信終端設備的防雷試驗和標準符合性評價，如通過金屬線直接連接到平衡線對的機器、傳真機、調(diào)制解調(diào)器、多媒體用戶終端等。是目前電信終端設備強制性產(chǎn)品認證(3C認證)的必備標準。

3.3測試項目

a)橫向試驗:在被測設備(EUT)的信號線或電源線的輸入(出口)端子之間施加沖擊電壓的試驗。

b)縱向試驗：在EUT信號線或電源線的輸入(出)端與地之間施加沖擊電壓的試驗。

c)與通信網(wǎng)絡的電氣隔離試驗:在EUT的通信外部端子和以下每個部件或電路之間施加沖擊電壓:需要在EUT上抓取或接觸非接地的非導電或?qū)щ姴考?；試驗是?GB4943標準圖19中規(guī)定)可觸及的部件和電路(符合電信電路附件要求的連接器連接器)；連接其他設備的電路(不包括信號線)。

3.3.2預處理試驗樣品

EUT應按相關標準進行檢驗。沒有沖擊波的端子應處于正常的負載阻抗狀態(tài)。具有遠程電源的EUT應視為測試樣品的組成部分，并通過放電管施加沖擊電壓。打開EUT電源，并在額定工作電壓和電流狀態(tài)下預熱半小時。

3.3.3試驗電壓和試驗波形。

a)用于非暴露環(huán)境(無保護)，沖擊電壓幅值為：

水平試驗：1.5kV±3%%

縱向試驗：1.0kV±3%%

b)用于暴露環(huán)境(加一次保護)，沖擊電壓幅值為：

水平試驗：4kV±3%%%

縱向試驗：4kV±3%%%

c)與通信網(wǎng)的電氣隔離試驗，其沖擊電壓值為：

2.5kV(經(jīng)常接觸非接地部件)

1.5kV(試驗是指連接其他設備的可接觸部件和電路)

電源端口試驗的浪涌波形為1.2/50μs(8/20μs)組合波:與通信網(wǎng)絡進行電氣隔離試驗的信號端口和浪涌波形為10/70μs。

在電力線路試驗中，水平試驗浪涌發(fā)生器的內(nèi)阻為2Ω，縱向試驗浪涌發(fā)生器的內(nèi)阻為12Ω；在信號端口和通信網(wǎng)絡的電氣隔離試驗中，浪涌發(fā)生器的等效源阻抗為42Ω。

3.3.4橫向和縱向試驗方法

EUT分別處于掛起狀態(tài)(或非連接狀態(tài))和取出狀態(tài)(或連接狀態(tài))；分別進行橫向試驗和縱向試驗；電源端口和信號端口分別進行；試驗電壓和波形見上部；每個組合下的正極和負極性沖擊測試分別進行5次；相鄰兩次沖擊的間隔不小于1分鐘。

3.3.5與通信網(wǎng)絡的電氣隔離試驗方法

斷開UT的電源端與電源斷開；將連接到通信網(wǎng)絡的外部線路與通信網(wǎng)絡斷開；連接其他設備的電路。

將導電金屬箔包裹在接收器、鍵盤等抓握部件中，在金屬箔與外端子之間施加2.5kV測試電壓；在測試指示可觸及的部件與EUT外端子之間施加1.5kV測試電壓；在EUT外端子與EUT連接到其他設備的電路之間施加1.5kV測試電壓。

3.3.6雷擊防護要求

絕緣：500V直流電壓絕緣經(jīng)雷擊沖擊波試驗后，電阻不小于2MΩ。

承載能力：EUT在雷擊試驗期間不需要正常運行；EUT應滿足雷擊試驗后的相關標準要求。例如，在完成所有試驗（包括水平試驗和垂直試驗）并進行不少于一小時的靜態(tài)恢復后，機器應檢查測試樣品的發(fā)送，接收和鈴聲和編號特性應正常。

3.4GB3282-83GB3-83-83標準測試要求

GB3483-83《電子設備雷擊試驗指南》和GB3482-83《電子設備雷擊試驗方法》是一套相互配合的標準。標準說明雷擊電子設備的機理、雷擊波的特點以及雷擊試驗的原理。規(guī)定試驗波形、沖擊波發(fā)生電路、試驗程序等試驗方法。

本標準為基本標準，不能直接用于電子產(chǎn)品的雷擊試驗。可作為電子產(chǎn)品標準中雷擊試驗的引用和選擇依據(jù)。在制定電子設備雷擊試驗方法的專業(yè)標準時，應符合本標準相關規(guī)定的要求。

3.4.1適用范圍

該標準適用于含有固體元件的電子設備與外部連接的雷擊試驗，以測試相關電子設備抵抗雷擊的能力。不適用于直接雷擊設備和雷擊引起的電磁干擾檢查。

3.4.2相關說明

水平試驗和縱向試驗。

水平試驗：電子設備輸入(出)端子之間施加沖擊電壓的試驗。

縱向試驗：在電子設備輸入（出口）端子之間施加沖擊電壓的試驗。對于某些輸入，輸出端與外部設備連接，是指在輸入和輸出端之間施加沖擊電壓的試驗。

b）波形選擇原則：雷擊試驗的目的是通過某種方法在實驗室中再現(xiàn)電子設備運行過程中的雷擊，以改善防雷措施。使設備具有令人滿意的運行可靠性。根據(jù)可能攻擊設備的閃電影路徑、性質(zhì)和極性，選擇合適的測試參數(shù)。

3.4.3試驗波形選擇

a)與開線連接的電子設備的測試波形:當外線為架空開線或復線時，建議采用4/300μs單極沖擊電壓全波；對于通信設備和具有類似工作模式的電子設備，沖擊波是衰減振蕩沖擊波，頻率為幾千赫至幾十千赫。

b)電纜連接電子設備的試驗波形：當外線為對稱電纜，同軸電纜時，建議使用10/700μs沖擊波。

c)電子設備的試驗波形與鋼軌或類似傳導體波形；建議使用10/200μs沖擊波。

d)直擊雷反擊試驗波形：建議使用1.2/50μs沖擊波。

3.4.4.試驗準備

測試樣品與各種相鄰物體之間的距離和距離地面的高度應大于測試可能的閃絡路徑的1.5倍。測試電路的接線和測量導線應盡可能短。對于具有多個輸出/輸入端子的測試樣品，在測試過程中，除施加沖擊端子外，應根據(jù)正常工作狀態(tài)進行最終負載阻抗連接。在測試帶有氣體放電管道保護電路的產(chǎn)品時，應選擇遮光狀態(tài)進行測試，除非產(chǎn)品是設計和運行的。

在額定工作電壓和電流狀態(tài)下，將測試樣品預熱半小時。各項技術(shù)指標應根據(jù)試驗樣品的相關技術(shù)要求進行測試。

3.4.5沖擊波施加方式

A)水平試驗：具有單端輸入（輸出）的試驗樣品，在輸入（輸出）線之間施加沖擊電壓。該方法也適用于測試樣品的測試，其中一個樣品具有輸入和輸出端。對于具有遠程電源的電子設備，遠程電源應視為測試樣品的組成部分，并通過放電管施加沖擊電壓。

b）縱向試驗：對于單端輸入（出口）端的試驗樣品，在輸入（出口）線和外殼接地（或接地）之間分別施加沖擊電壓。該接線也適用于測試樣品的測試，測試樣品同時具有輸入和輸出端，測試樣品的測試適用于其中一有遠程電源的電子設備，遠程電源應視為測試樣品的一部分，并通過放電管施加沖擊電壓。

c)具有輸入和輸出端的測試樣品：除上述相關測試外，輸入和輸出端應端接，并通過放電管在輸入和輸出之間施加縱向沖擊電壓。

3.4.6試驗過程

在測試過程中，一般應從低壓到高壓逐步進行。首先用保護裝置進行抗沖擊試驗，然后進行可能導致?lián)p壞或損壞的試驗。一般按以下順序進行：單極沖擊電壓全波試驗；臨界沖擊放電電壓全波試驗；衰減振蕩沖擊波試驗。在對臨界沖擊放電電壓進行全波試驗時，應拆隙放電器。

3.5浪涌抗擾程度要求其他電磁兼容標準

除上述(雷擊)浪涌試驗標準外，在一般和抗干擾標準和產(chǎn)品標準中都有相應的(雷擊)浪涌試驗項目。例如，GB/T17799.1-1999:電磁兼容通用標準住宅、商業(yè)和輕工業(yè)環(huán)境中的抗干擾試驗(通用標準)、GB/T177799.2-2003:電磁兼容通用標準工業(yè)環(huán)境中的抗干擾試驗(通用標準)、GB-T17618-1998信息技術(shù)設備的抗干擾極限和測量方法(工業(yè)集群標準)、GB43343.2-19999:《電磁兼容家用電器要求》第二部分:抗干擾(產(chǎn)品集群標準)等標準均有浪涌試驗要求。然而，這些標準的浪涌試驗方法直接或間接地引用了GB17626標準的相關部分。

4．小結(jié)

（雷擊）浪涌沖擊是電子設備損壞的重要原因。首先，我們依靠建筑物的防雷標準，為電子產(chǎn)品提供相對安全的外部環(huán)境；其次，我們依靠系統(tǒng)級的防雷標準，為電子產(chǎn)品提供相對安全的周邊環(huán)境。這兩個保護標準為電子產(chǎn)品的安全運行提供了必要的外部保護，但電子產(chǎn)品在雷擊浪涌的沖擊下非常脆弱，僅僅依靠外部保護是不夠的。只有產(chǎn)品具有相應的雷擊浪涌沖擊阻力，才能保證電子產(chǎn)品在日常雷擊浪涌沖擊下的正常運行。產(chǎn)品的雷擊浪涌阻力需要通過相應的產(chǎn)品浪涌檢測標準相應的產(chǎn)品浪涌檢測標準進行測試和識別。本文簡要介紹了幾種與電子產(chǎn)品相關的浪涌抗干擾檢測標準，以便于對電子產(chǎn)品的浪涌阻力進行全面的測試和方便的測試。