廣東雷寧普檢測是專業(yè)第三方防雷檢測機構(gòu)，實驗室具備GB/T 18802.21、IEC/EN 61643-21標準檢測資質(zhì)，可提供信號浪涌保護器防雷檢測、型式試驗、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)計原理進行分析，然后給出適用于模擬／數(shù)字信號線路保護的二線制、三線制、四線制信號線路SPD。主要利用前級的GDT防護電路抑制共模電涌電壓，利用GDT與TVS管組成的兩級防護電路抑制差模電涌電壓。設(shè)計了對地細保護信號線路SPD和防爆型信號線路SPD，最后進行了信號線路SPD防護模塊熱插拔試驗。

2.4 退耦元件

為使兩級保護電路實現(xiàn)有效配合，需在兩級保護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绊憽＠碚撋峡赏ㄟ^下式計算阻值：

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。

在選擇電阻時應(yīng)注意：盡量選擇抗沖擊能力強的大功率電阻；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，本試品兩級保護電路的通流量試驗參數(shù)如表1所示。

由表1可知，當阻值小于或等于1Q時，兩級防護電路不能有效配合，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，兩級防護電路實現(xiàn)有效配合。電阻過大會加大對被保護系統(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 對地細保護信號線路SPD設(shè)計

當被保護信號線路需要對地細保護時，以圖4中四線制信號線路SPD為例，改進電路原理圖如圖6所示，對共模電涌電壓的防護也是由GDT與TVS組成兩級防護電路完成。

2.6 防爆型信號線路SPD設(shè)計

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)計要求，以圖3中三線制信號線路SPD為例，改進電路原理圖如圖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)計要求；線一線間GDT保護電路動作電壓高達600V，難以與后級Tvs實現(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保護電路對差模電涌電壓的抑制效果。

3 信號線路SPD防護模塊熱插拔試驗

信號線路SPD設(shè)計成螺絲端子接線，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，節(jié)省了產(chǎn)品生產(chǎn)成本，減小了安裝空間。電涌防護模塊設(shè)計成支持熱插拔模式，可將保護模塊拔出單獨監(jiān)測或更換，并且拔出后底座不斷電，基本不影響被保護系統(tǒng)信號傳輸，提高了安裝、在線檢測效率。為驗證信號線路SPD電涌防護模塊在插拔時不影響被保護系統(tǒng)信號傳輸，將SPD底座與溫度變送器按照圖8設(shè)計，利用示波器測量溫度變送器的輸出電壓。SPD底座沒有插入防護模塊時，示波器輸出為0.4V，溫度變送器輸出正常，報警燈滅。

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。當塑料空白板插入SPD底座時，示波器輸出由0.4V跳變至2.1v，溫度變送器輸出異常，報警燈亮；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：

(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，并具有對地細保護及本質(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，如傳感器、變送器、流量計、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，在8／20s雷電流波形沖擊下標稱放電電流為10kA，最大放電電流達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)省了費用與安裝空間。

(4) 電涌防護模塊設(shè)計成支持熱插拔模式，通過試驗證明防護模塊拔出后不斷線，可單獨監(jiān)測，維護方便。