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

電子線路最有效的防雷措施是在線路上靠近設(shè)備側(cè)安裝SPD。現(xiàn)對信號型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)字信號線路保護(hù)的二線制,、三線制、四線制信號線路SPD,。主要利用前級的GDT防護(hù)電路抑制共模電涌電壓,，利用GDT與TVS管組成的兩級防護(hù)電路抑制差模電涌電壓。設(shè)計(jì)了對地細(xì)保護(hù)信號線路SPD和防爆型信號線路SPD,，最后進(jìn)行了信號線路SPD防護(hù)模塊熱插拔試驗(yàn),。

2.4 退耦元件

為使兩級保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)有效配合，需在兩級保護(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，要在兩級防護(hù)電路有效配合的條件下,，盡可能降低電阻對信號傳輸?shù)牟焕绊?。理論上可通過下式計(jì)算阻值：

式中，為線路上感應(yīng)到的雷擊電涌電壓幅值,，由于其難以測量,，常用GDT的沖擊擊穿電壓取代；Uc為TVS擊穿后的最大鉗位電壓,；,，PP為Tvs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,；選擇線性電阻,，對信號傳輸?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),，兩級防護(hù)電路不能有效配合,，前級GDT沒有動作，后級TVs會因承受過大的電涌電流沖擊而損壞,；在2.2n附近時(shí),，兩級防護(hù)電路實(shí)現(xiàn)有效配合。電阻過大會加大對被保護(hù)系統(tǒng)傳輸信號的不利影響,，綜合考慮,，退耦電阻阻值選為2.2n。

2.5 對地細(xì)保護(hù)信號線路SPD設(shè)計(jì)

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

2.6 防爆型信號線路SPD設(shè)計(jì)

由于石油化工,、天然氣行業(yè)對防爆要求較高，為了滿足本質(zhì)安全型SPD對線一地間絕緣電壓的設(shè)計(jì)要求,，以圖3中三線制信號線路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,，線一地絕緣電壓為600V，滿足設(shè)計(jì)要求,；線一線間GDT保護(hù)電路動作電壓高達(dá)600V,，難以與后級Tvs實(shí)現(xiàn)能量匹配，需在線一線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)電路對差模電涌電壓的抑制效果。

3 信號線路SPD防護(hù)模塊熱插拔試驗(yàn)

信號線路SPD設(shè)計(jì)成螺絲端子接線,，導(dǎo)軌接地安裝模式,，能兼容二線制、三線制及四線制設(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)信號傳輸,，提高了安裝,、在線檢測效率。為驗(yàn)證信號線路SPD電涌防護(hù)模塊在插拔時(shí)不影響被保護(hù)系統(tǒng)信號傳輸,，將SPD底座與溫度變送器按照圖8設(shè)計(jì),，利用示波器測量溫度變送器的輸出電壓,。SPD底座沒有插入防護(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,，測量溫度變送器的輸出變化,。SPD內(nèi)阻為1n／線，在防護(hù)模塊插入一拔出一插入SPD底座過程中,，對回路電阻影響較小,，示波器電壓值變化很小，僅為毫安級,，說明防護(hù)模塊插拔對溫變傳輸基本無影響,。

4 結(jié)論

本文所研究的信號線路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,，適用于二線制,、三線制及四線制模擬／數(shù)字信號線路電涌防護(hù)，并具有對地細(xì)保護(hù)及本質(zhì)安全型兩種特殊型號,，可廣泛用于工業(yè)自動化控制系統(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形式的總線接口設(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,，通過試驗(yàn)證明防護(hù)模塊拔出后不斷線，可單獨(dú)監(jiān)測,，維護(hù)方便,。