廣東雷寧普檢測是專業第三方防雷檢測機構，實驗室具備GB/T 18802.21、IEC/EN 61643-21標準檢測資質，可提供信號浪涌保護器防雷檢測、型式試驗、委托測試服務。

電子線路最有效的防雷措施是在線路上靠近設備側安裝SPD。現對信號型SPD總體設計原理進行分析，然后給出適用于模擬／數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的不利影響。理論上可通過下式計算阻值：

式中，為線路上感應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，對信號傳輸的不利影響較小。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)復合波沖擊下，本試品兩級保護電路的通流量試驗參數如表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，兩級防護電路實現有效配合。電阻過大會加大對被保護系統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設計

由于石油化工、天然氣行業對防爆要求較高，為了滿足本質安全型SPD對線一地間絕緣電壓的設計要求，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設計成螺絲端子接線，導軌接地安裝模式，能兼容二線制、三線制及四線制設計，節省了產品生產成本，減小了安裝空間。電涌防護模塊設計成支持熱插拔模式，可將保護模塊拔出單獨監測或更換，并且拔出后底座不斷電，基本不影響被保護系統信號傳輸，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信號傳輸，將SPD底座與溫度變送器按照圖8設計，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，導致溫度變送器輸出電壓值發生較大幅度增大。

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 結論

本文所研究的信號線路SPD具有以下關鍵技術特點：

(1) 應用范圍廣，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／數字信號線路電涌防護，并具有對地細保護及本質安全型兩種特殊型號，可廣泛用于工業自動化控制系統電子設備的電涌防護，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) 采用接地導軌安裝，防雷接地便捷，節省了費用與安裝空間。

(4) 電涌防護模塊設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，可單獨監測，維護方便。