标准浪涌测试波形的定义

标准浪涌测试波形的定义
一、标准浪涌波形定义总则
所推荐的这两个标准波形是0.5 μs—100 kHz 振铃波和1.2/50 μs—8/20 μs 组合波。

这两个标准波形的参数在5.1.1 和5.1.2 中描述。

图2 至图4 表示的是三个标准波形的定义（一个是振铃波，另两个是组合波）。

图2 0.5 μs－100 kHz 振铃波
图3 开路电压1.2/50 μs 波形图
4 短路电流8/20 μs 波形
峰值电压和电流选取的标准与各种暴露等级有关，这在表3 至表6 中给出。

有关这两个标准波形的详细描述在第 5 节中给出。

描述波形的方程和对应的测试误差在相关文献中给出（IEEEStd C62.45-2002）。

对应适用于SPD 测试的类别C 环境，则用两个独立的浪涌电压和浪涌电流发生器来实现。

I. 100 kHz 振铃波
图2 所示为振铃波，更详细的定义在5.3.1 中给出。

对100 kHz 的振铃波对短路电流没有作出规定。

但在5.2 节中根据位置类别给出了短路电
流的要求。

对位置类别A，开路电压和短路电流的比值（有效阻抗）规定为30Ω，而对位置类别B 则为12Ω。

一般规定的是第1个峰值。

II. 组合波
组合波涉及两个波形，一个是开路电压波形，另一个是短路电流波形，分别如图3 和4 所示，更详细的定义在5.3.2 中给出。

组合波由同一个发生器产生，对开路施加一个1.2/50 μs 的电压波形，而对短路则施加一个8/20 μs 的电流波形，实际作用的波形由发生器和被试品的阻抗共同决定。

一般根据严重程度选择开路电压和短路电流的峰值。

二、标准浪涌波形峰值的选择
表 3 至表 6 包括了位置类别、浪涌类型、峰值电压及峰值电流，作为设计或测试时的一种选择，需要强调的是，这些参数只是提供一种示例，不是作为一种强制性的要求。

标准中的推荐值需要深思熟虑地进行选取，但也留给了用户在充分了解的情况下自由选择其它数值的权利。

因为系统暴露等级会因浪涌源的不同而不同，因此对振铃波和组合波分别给出了各自的表格。

例如，一个设施可能处于雷电多发地区，但操作引起的浪涌不太严重，反之亦然。

作这样的选择可能是一件很难的事。

一方面，设备的性能和功能严重影响这种选择，一些设备的工作环境可能符合定义中的某一环境，另一些可能处于一个很广泛的环境。

进一步地损坏的后果和裕值的选取与设备的功能有关。

另一方面，对批量生产的设备，为某一特定环境定制一个耐受水平，这是不现实的。

在这种情况下，选取参数时只有考虑典型的情况，而不是个别情况——除非像生命维持系统类要求特别保守的设计。

三、浪涌波形的详细说明
3.1 0.5 μs－100 kHz 振铃波
一个标准的100 kHz 振铃波如图2所示。

开路电压波形定义如下：
上升时间：0.5 μs±0.15 μs
振铃频率：100 kHz ±20 kHz
波的振幅减小使得相反极性的相邻波峰值之比如下：
－ 第二个波峰值是第一个波峰值的40%~90%;
－ 第三个波峰值和第四个波峰值分别占第二个和第三个的40%~80%；
－ 第四个波峰值后得幅度不作要求；
－ 第五个波峰及后续波的振幅远远小于初始波，使得它们对于最容易受
攻击和影响的仪器也几 乎没有任何作用。

－ 上升时间的定义：波形上升沿上达到峰值的10%和90%所用的时间差。

频率由初始波头之后的第一个和第三个过零点计算而得。

－ 一般根据严重程度选择开路电压和短路电流的峰值。

－ Vp /Ip 的值在位置类别A 中取12 Ω，位置类别B 中取30 Ω。

当
波峰的开路电压严格调节到6 kV 时，规定短路电流在位置类别B 中为
500 A，在位置类别A 中为200 A。

对于峰值更低的电压，短路电 流将
随其成比例地减小，使得Vp /Ip 值保持在12 Ω或30 Ω。

－ 对于100 kHz 振铃波的短路电流波形不做定义。

但表3 中依据位置
类别建议了短路电流的一个波峰。

由于这种振铃波并不是用来给被试品
提供高能量的考验，因而没有必要对电流波形进行详细的 描述。

波形上升沿短的0.5 μs 上升时间及很高的电流峰值对应了di/dt 很
大的值，它将对实验中仪器的接 线产生强烈的电感效应。

浪涌波形发生
器的分压作用及被试品的阻抗可能会比较重要，它由列出的短路 电流峰
值进行要求。

本规范推荐100 kHz 振铃波采用衰减的余弦波形，其函数表达式由下式
给出：
-
这种波形的振动频率可能会引起被试品中的共振。

但是，这种效应从振
铃波的固有频率无法确定， 必须进行扫频实验。

3.2 1.2/50 μs－8/20 μs 组合波
组合波由同一个发生器产生，对开路施加一个1.2/50 μs 的电压波形，而对短路则施加一个8/20 μs 的电流波形，实际作用的波形由发生器和被试品及连接被试品和浪涌部件部分的阻抗共同决定。

一般根 据严重程度来选择开路电压和短路电流的峰值。

图3 表示了定义的开路电压，图4 为定义的短路电流。

开路电压波形参数：
——波前时间：1.2 μs
——持续时间：50 μs
依据IEC 60060-2:1994，IEEE Std 4-1995，电压波形的波前时间定义如下：
1.67×(t90 -t30 ) ，其中，t90 和t30 分别指波形上升沿达到峰值的90％和30％所用的时间。

持续时间的定义：从虚拟原点到波形曲线尾部上达到振幅的50％所用的时间。

波形上升沿上连接 振幅30％点和90％点的直线与电压零值线的交点即为虚拟原点。

其函数表达式推荐如下
短路电流波形参数：
——波前时间：8 µs
——持续时间：20 µs
依据IEC 60060-2:1994，IEEE Std 4-1995 短路电流波形的波前时间定义式1.25×(t90-t10 ) ，其中，t90和t10 分别为波形上升沿上达到振幅的90％和10％所用的时间。

持续时间的定义如下：从虚拟原点到波形曲线尾部上达到振幅的50％所用的时间。

波形上升沿上连接振幅10％点和90％点的直线与电流零值线的交点即为虚拟原点。

一般根据严重程度选择开路电压和短路电流的峰值。

其函数表达式推荐如下：
根据组合波电压电流的峰值，有效阻值Vp/Ip 为2.0 Ω。

这个比值决定了发生器带各种负载（诸如SPD）时的波形状况。

依照传统，1.2/50 μs 电压波用于绝缘基本冲击水平的测试。

在绝缘闪络前近似于开路。

8/20 μs 电流波用于向SPD 注入大量电流。

就像闪电引起的过应力，开路电压和短路电流是同一现象的不同方面，从而当预先不了解负载状况或者浪涌期间负载可变时，将二者合成一个单一的波形是很有必要的。

当一般的负载特性可知时（例如一个SPD），可以用单独的发生器做电压电流的独立测试。