廣東雷寧普檢測(cè)是專(zhuān)業(yè)第三方防雷檢測(cè)機(jī)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)室具備GB/T 18802.21、IEC/EN 61643-21標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)資質(zhì)，可提供信號(hào)浪涌保護(hù)器防雷檢測(cè)、型式試驗(yàn)、委托測(cè)試服務(wù)。

電子線(xiàn)路最有效的防雷措施是在線(xiàn)路上靠近設(shè)備側(cè)安裝SPD。現(xiàn)對(duì)信號(hào)型SPD總體設(shè)計(jì)原理進(jìn)行分析，然后給出適用于模擬／數(shù)字信號(hào)線(xiàn)路保護(hù)的二線(xiàn)制、三線(xiàn)制、四線(xiàn)制信號(hào)線(xiàn)路SPD。主要利用前級(jí)的GDT防護(hù)電路抑制共模電涌電壓，利用GDT與TVS管組成的兩級(jí)防護(hù)電路抑制差模電涌電壓。設(shè)計(jì)了對(duì)地細(xì)保護(hù)信號(hào)線(xiàn)路SPD和防爆型信號(hào)線(xiàn)路SPD，最后進(jìn)行了信號(hào)線(xiàn)路SPD防護(hù)模塊熱插拔試驗(yàn)。

2.4 退耦元件

為使兩級(jí)保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)有效配合，需在兩級(jí)保護(hù)電路間串接退耦元件，常用退耦元件有電阻和電感。阻值的確定至關(guān)重要，要在兩級(jí)防護(hù)電路有效配合的條件下，盡可能降低電阻對(duì)信號(hào)傳輸?shù)牟焕绊憽＠碚撋峡赏ㄟ^(guò)下式計(jì)算阻值：

式中，為線(xiàn)路上感應(yīng)到的雷擊電涌電壓幅值，由于其難以測(cè)量，常用GDT的沖擊擊穿電壓取代；Uc為T(mén)VS擊穿后的最大鉗位電壓；，PP為T(mén)vs擊穿后的最大脈沖電流峰值。

在選擇電阻時(shí)應(yīng)注意：盡量選擇抗沖擊能力強(qiáng)的大功率電阻；選擇線(xiàn)性電阻，對(duì)信號(hào)傳輸?shù)牟焕绊戄^小。分別選擇阻值為0、1.0Q、2.2Q、3.0Q、4.7Q、6.0n的電阻作為退耦電阻，在幅值為6kv／3kA的1.2／50s(8／20s)復(fù)合波沖擊下，本試品兩級(jí)保護(hù)電路的通流量試驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

由表1可知，當(dāng)阻值小于或等于1Q時(shí)，兩級(jí)防護(hù)電路不能有效配合，前級(jí)GDT沒(méi)有動(dòng)作，后級(jí)TVs會(huì)因承受過(guò)大的電涌電流沖擊而損壞；在2.2n附近時(shí)，兩級(jí)防護(hù)電路實(shí)現(xiàn)有效配合。電阻過(guò)大會(huì)加大對(duì)被保護(hù)系統(tǒng)傳輸信號(hào)的不利影響，綜合考慮，退耦電阻阻值選為2.2n。

2.5 對(duì)地細(xì)保護(hù)信號(hào)線(xiàn)路SPD設(shè)計(jì)

當(dāng)被保護(hù)信號(hào)線(xiàn)路需要對(duì)地細(xì)保護(hù)時(shí)，以圖4中四線(xiàn)制信號(hào)線(xiàn)路SPD為例，改進(jìn)電路原理圖如圖6所示，對(duì)共模電涌電壓的防護(hù)也是由GDT與TVS組成兩級(jí)防護(hù)電路完成。

2.6 防爆型信號(hào)線(xiàn)路SPD設(shè)計(jì)

由于石油化工、天然氣行業(yè)對(duì)防爆要求較高，為了滿(mǎn)足本質(zhì)安全型SPD對(duì)線(xiàn)一地間絕緣電壓的設(shè)計(jì)要求，以圖3中三線(xiàn)制信號(hào)線(xiàn)路SPD為例，改進(jìn)電路原理圖如圖7所示，將原有的直流擊穿電壓為90V的三極GDT1、GDT2更換為直流擊穿電壓為600V的三極GDT，線(xiàn)一地絕緣電壓為600V，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；線(xiàn)一線(xiàn)間GDT保護(hù)電路動(dòng)作電壓高達(dá)600V，難以與后級(jí)Tvs實(shí)現(xiàn)能量匹配，需在線(xiàn)一線(xiàn)間再并接直流擊穿電壓為90V的兩極GDT3、GDT4，這樣還能有效提高GDT保護(hù)電路對(duì)差模電涌電壓的抑制效果。

3 信號(hào)線(xiàn)路SPD防護(hù)模塊熱插拔試驗(yàn)

信號(hào)線(xiàn)路SPD設(shè)計(jì)成螺絲端子接線(xiàn)，導(dǎo)軌接地安裝模式，能兼容二線(xiàn)制、三線(xiàn)制及四線(xiàn)制設(shè)計(jì)，節(jié)省了產(chǎn)品生產(chǎn)成本，減小了安裝空間。電涌防護(hù)模塊設(shè)計(jì)成支持熱插拔模式，可將保護(hù)模塊拔出單獨(dú)監(jiān)測(cè)或更換，并且拔出后底座不斷電，基本不影響被保護(hù)系統(tǒng)信號(hào)傳輸，提高了安裝、在線(xiàn)檢測(cè)效率。為驗(yàn)證信號(hào)線(xiàn)路SPD電涌防護(hù)模塊在插拔時(shí)不影響被保護(hù)系統(tǒng)信號(hào)傳輸，將SPD底座與溫度變送器按照?qǐng)D8設(shè)計(jì)，利用示波器測(cè)量溫度變送器的輸出電壓。SPD底座沒(méi)有插入防護(hù)模塊時(shí)，示波器輸出為0.4V，溫度變送器輸出正常，報(bào)警燈滅。

將塑料板插入一拔出一插入SPD底座，測(cè)量溫度變送器的輸出變化。當(dāng)塑料空白板插入SPD底座時(shí)，示波器輸出由0.4V跳變至2.1v，溫度變送器輸出異常，報(bào)警燈亮；在拔出塑料板后，示波器輸出恢復(fù)至0.4V，溫度變送器輸出正常，報(bào)警燈滅。

說(shuō)明插入塑料板后回路電阻突然增大，導(dǎo)致溫度變送器輸出電壓值發(fā)生較大幅度增大。

將防護(hù)模塊插入一拔出一插入SPD底座，測(cè)量溫度變送器的輸出變化。SPD內(nèi)阻為1n／線(xiàn)，在防護(hù)模塊插入一拔出一插入SPD底座過(guò)程中，對(duì)回路電阻影響較小，示波器電壓值變化很小，僅為毫安級(jí)，說(shuō)明防護(hù)模塊插拔對(duì)溫變傳輸基本無(wú)影響。

4 結(jié)論

本文所研究的信號(hào)線(xiàn)路SPD具有以下關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)：

(1) 應(yīng)用范圍廣，具有5VDC／24VDC工作電壓可選，適用于二線(xiàn)制、三線(xiàn)制及四線(xiàn)制模擬／數(shù)字信號(hào)線(xiàn)路電涌防護(hù)，并具有對(duì)地細(xì)保護(hù)及本質(zhì)安全型兩種特殊型號(hào)，可廣泛用于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)電子設(shè)備的電涌防護(hù)，如傳感器、變送器、流量計(jì)、電磁閥及采用端子接線(xiàn)形式的總線(xiàn)接口設(shè)備等。

(2) 電涌抑制能力較強(qiáng)，在8／20s雷電流波形沖擊下標(biāo)稱(chēng)放電電流為10kA，最大放電電流達(dá)20kA，并且具有較低的輸出電壓值。

(3) 采用接地導(dǎo)軌安裝，防雷接地便捷，節(jié)省了費(fèi)用與安裝空間。

(4) 電涌防護(hù)模塊設(shè)計(jì)成支持熱插拔模式，通過(guò)試驗(yàn)證明防護(hù)模塊拔出后不斷線(xiàn)，可單獨(dú)監(jiān)測(cè)，維護(hù)方便。