浪涌(冲击)抗扰度试验介绍-姜宁浩

2008镇江电力行业电磁兼容检验员培训班讲课资料―1―浪涌（冲击）抗扰度试验介绍国网南京自动化研究院国家电网公司自动化设备电磁兼容实验室姜宁浩1.目的与应用场合1.1概述浪涌抗扰度试验所依据的国际标准是IEC61000-4-5:2005，对应国家标准是GB/T17626.2:200X《电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验》。浪涌抗扰度试验就是模拟雷击带来的干扰影响，但需要指出的是，考核设备电磁兼容性能的浪涌抗扰度试验不同于考核设备高压绝缘能力的耐压试验，前者仅仅是模拟间接雷击的影响（直接的雷击设备通常都无法承受）。1.2目的本标准的目的是建立一个共同的基准，以评价电气和电子设备在遭受浪涌(冲击)时的性能。本标准规定了一个一致的试验方法，以评定设备或系统对规定现象的抗扰度。1.3应用场合本标准适用于电子电气设备，但并不针对特定的设备或系统，具有基础EMC出版物的地位。2.术语和定义2.1浪涌（冲击）沿线路传送的电流电压或功率的瞬态波，其特性是先快速上升后缓慢下降。2.2组合波信号发生器能产生1.2/50μs开路电压波形、8/20μs短路电流波形或10/700μs开路电压波形、5/320μs短路电流波形的信号发生器。2.3耦合网络将能量从一个电路传送到另一个电路的电路。2.4去耦网络用于防止施加到上的浪涌冲击影响其他不作试验的装置设备或系统的电路。2.5（浪涌发生器的）等效输出阻抗开路电压峰值与短路电流峰值的比值。2.6对称线差模到共模转换损耗大于20dB的平衡对线。2008镇江电力行业电磁兼容检验员培训班讲课资料―2―3.试验等级及选择优先选择的试验等级范围如表1所示。表1试验等级等级开路试验电压（±10%）kV10.521.032.044.01)特殊1)“”可以是高于、低于或在其它等级之间的等级。该等级可以在产品标准中规定。试验等级应根据安装情况，安装类别如下：0类:保护良好的电气环境，常常在一间专用房间内。所有引入电缆都有过电压保护（第一级和第二级）。各电子设备单元由设计良好的接地系统相互连接，并且该接地系统根本不会受到电力设备或雷电的影响电子设备有专用电源（见表A1）浪涌电压不能超过25V。1类：有部分保护的电气环境所有引入室内的电缆都有过电压保护（第一级）。各设备由地线网络相互良好连接，并且该地线网络不会受电力设备或雷电的影响。电子设备有与其他设备完全隔离的电源。开关操作在室内能产生干扰电压。浪涌电压不能超过500V。2类:电缆隔离良好，甚至短走线也隔离良好的电气环境。设备组通过单独的地线接至电力设备的接地系统上，该接地系统几乎都会遇到由设备组本身或雷电产生的干扰电压。电子设备的电源主要靠专门的变压器来与其他线路隔离。本类设备组中存在无保护线路，但这些线路隔离良好，且数量受到限制。浪涌电压不能超过1kV。3类：电源电缆和信号电缆平行敷设的电气环境。设备组通过电力设备的公共接地系统接地该接地。系统几乎都会遇到由设备组本身或雷电产生的干扰电压。在电力设施内，由接地故障、开关操作和雷击而引起的电流会在接地系统中产生幅值较高的干扰电压。受保护的电子设备和灵敏度较差的电气设备被接到同一电源网络。互连电缆可以有一部分在户外但紧靠接地网。设备组中有未被抑制的感性负载，并且通常对不同的现场电缆没有采取隔离。浪涌电压不能超过2kV。4类：互连线作为户外电缆沿电源电缆敷设并且这些电缆被作为电子和电气线路的电气环境设备组接到电力设备的接地系统，该接地系统容易遭受由设备组本身或雷电产生的干扰电压。在电力设施内，由接地故障、开关操作和雷电产生的几千安级电流在接地系统中会产生幅值较2008镇江电力行业电磁兼容检验员培训班讲课资料―3―高的干扰电压。电子设备和电气设备可能使用同一电源网络。互连电缆象户外电缆一样走线甚至连到高压设备上。这种环境下的一种特殊情况是电子设备接到人口稠密区的通信网上。这时在电子设备以外，没有系统性结构的接地网，接地系统仅由管道、电缆等组成。浪涌电压不能超过4kV。5类：在非人口稠密区电子设备与通信电缆和架空电力线路连接的电气环境。所有这些电缆和线路都有过电压（第一级）保护。在电子设备以外，没有大范围的接地系统（暴露的装置）。由接地故障（电流达10Ka）和雷电（电流达100Ka）引起的干扰电压是非常高的。试验等级4包括了这一类的要求（见下表）。X类:在产品技术要求中规定的特殊环境。试验等级的选择(取决安装条件)试验等级交流电源供电和交流输入输出直接连接到电源网络耦合方式交流电源供电交流输入输出不直接连接到电源网络耦合方式直流电源供电和支流输入输出直接连接到那里耦合方式非对称工作的电路/线路4,6)耦合方式对称工作的电路/线路4,6)耦合方式屏蔽的输入输出和通信线耦合方式类别线-线线-地线-线线-地线-线线-地线-线线-地线-线线-地线-线线-地012345NANA0.51.02.0aNA0.51.02.04.0baNANANA1.0e2.0e2.0NANANA2.0be4.0be4.0bNANANA1.0e2.0e2.0NANANA2.0be4.0be4.0bNANA0.51.0c2.0c2.0NA0.51.02.0bc4.0bc4.0bNANANANANANANA0.51.02.0bc2.0bc4.0bNANANANANANANANA0.52.0c4.0c4.0ca)取决当地电力系统的等级;b)通常带第一级保护进行测试;c)如果电缆长度小于等于10m,试验等级可以小于1级;d)对10以下的数据电缆不做实验；e)如果规定的保护方向与EUT逆向，当保护措施实效时，试验等级应该与保护等级保持一致。f)高速通信线可能包含在非对称，对称，屏蔽输入输出和/或通信线中。浪涌（信号发生器）与安装类别的关系如下：1~4类：1.2/50μs(80/20μs)第5类：对电源线端口和短距离信号电路/线路端口：1.2/50μs(80/20μs)1~5类：对对称通信线路：10/700μs(5/320μs)源阻抗应与各有关试验配置中标注的一样。2008镇江电力行业电磁兼容检验员培训班讲课资料―4―4.试验设备规定了两种类型的组合波信号发生器，并根据受试端口的类型，有各自特殊的应用。对于连接到对称通信线的端口，应使用10/700μs的组合波信号发生器。对于其他情况，特别是连接到电源线和短距离信号互连线的端口，应使用1.2/50μs的组合波信号发生器。4.11.2/50μs的组合波信号发生器施加到EUT上的波形应满足标准的规定。波形的规定采用开路电压和短路电流，并应在未连接的情况下测量。对于交流或直流供电的产品，浪涌应施加到交流或直流电源线上，输出必须满足表6和表7的规定。对于浪涌由信号发生器的输出端直接输出的情况，其输出波形应满足表2的规定。当连接到EUT时，不要求信号源的输出波形和耦合/去耦网络的输出波形同时满足要求。但在无EUT连接的情况下，波形的规定应该被满足。信号发生器应产生的浪涌波形：开路电压波前时间1.2μs；开路电压半峰值时间50μs；短路电流波前时间8μs；短路电流半峰值时间20μs。图1为1.2/50μs组合波信号发生器的电路原理图。选择不同元件RS1、RS2、Rm、Lr和Cc的值，以使信号发生器产生1.2/50μs的电压浪涌（开路状态下）和8/20μs的电流浪涌（短路情况）。U—高压源；Rc—充电电阻；Cc—储能电阻；Rs—脉冲持续时间形成电阻；Rm—阻抗匹配电阻；Lr—上升时间形成电感图1组合波信号发生器的电路原理图（1.2/50μs—8/20μs）为方便起见，定义浪涌信号发生器的等效输出阻抗为开路输出电压峰值与短路输出电流峰值之比。信号发生器的等效输出阻抗为2Ω。信号发生器的特征与性能极性：正/负；相位偏移：随交流电源相角在0°~360°变化；重复率：每分钟至少一次；开路输出电压峰值：至少在0.5kV~4.0kV范围内能输出；浪涌电压波形：见图2和表2；开路输出电压容差：见表3；短路输出电流峰值：与电压峰值相关（见表2和表3）；浪涌电流波形：见图3和表2；短路输出电流容差：见表3；等效输出阻抗：2Ω±10%；短路电流峰值和开路电压峰值的关系见表3。应该使用输出端浮地的信号发生器。2008镇江电力行业电磁兼容检验员培训班讲课资料―5―表2波形参数的定义1.2/50μs—8/20μs定义根据GB/T16927.1根据IEC60469-1波前时间μs半峰值时间μs上升时间（10%~90%）μs持续时间（50%~50%）μs开路电压1.2±30%50±20%1±30%50±20%短路电流8±20%20±20%6.4±20%16±20%注：在现行IEC出版物中，1.2/50μs和8/20μs波形通常按GB/T16927.1规定，如图2和图3所示。其他的IEC推荐标准按IEC60469-1规定波形，如表2所示。本标准两种规定都是有效的，但所指的是同一信号发生器。表3开路电压峰值和短路电流峰值的关系开路电压峰值±10%短路电流峰值±10%0.5kV0.25kA1.0kV0.5kA2.0kV1.0kA4.0kV2.0kA波前时间：T1=1.67×T=1.2μs±30%半峰值时间：T2=50μs±20%注：耦合/去耦网络输出端的开路电压波形可能存在较大的下冲，基本上同图2所示的曲线。图2未连接CDN的信号发生器输出端的开路电压波形（1.2/50μs）（按GB/T16927.1的波形规定）2008镇江电力行业电磁兼容检验员培训班讲课资料―6―波前时间：T1=1.25×T=8μs±20%半峰值时间：T2=20μs±20%注：30%的下冲规定只适用于信号发生器的输出端。在耦合/去耦网络的输出端，没有下冲或过冲的限制。图3未连接CDN的信号发生器输出端的短路电流波形（8/20μs）（按GB/T16927.1的波形规定）4.210/700μs的组合波信号发生器信号发生器应产生的浪涌波形：开路电压波前时间10μs；开路电压半峰值时间700μs。图4为10/700μs组合波信号发生器的电路原理图。选择不同的元件值，以使信号发生器产生10/700μs的浪涌。U—高压源；Rc—充电电阻；Cc—储能电容；Rs—脉冲持续时间形成电阻；Rm—阻抗匹配电阻；Cs—上升时间形成电容；S1—使用外部匹配电阻时，开关闭合图4组合波信号发生器的电路原理图（10/700µs-5/320µs）（根据ITUK系列标准）信号发生器的特征与性能极性：正/负；重复率：每分钟至少一次；开路输出电压峰值：至少在0.5kV~4.0kV范围内能输出；浪涌电压波形：见图5和表4；开路输出电压容差：见表5；短路输出电流峰值：与电压峰值相关（见表4和表5）；短路输出电流容差：见表5；等效输出阻抗：40Ω±10%（仅对信号发生器的输出端）。2008镇江电力行业电磁兼容检验员培训班讲课资料―7―注：等效输出阻抗通常包括内部电阻Rm1（15Ω）和Rm2（25Ω）。电阻Rm2可以被旁路、并联或短路，当用于多路耦合时，也可被外部耦合电阻代替，见图14。波前时间：T1=1.67×T=10μs±30%半峰值时间：T2=700μs±20%图5开路电压波形（10/700μs）（按GB/T16927.1的波形规定）波前时间：T1=1.25×T=5μs±20%半峰值时间：T2=320μs±20%注：在GB/T16927.1中，波形规定为5/320μs，而在IEC60469-1中规定为4/300μs。另外，这个波形是在图4开关S1打开情况下测量的。图6短路电流波形（5/320μs）（按GB/T16927.1的波形规定）2008镇江电力行业电磁兼容检验员培训班讲课资料―8―表4波形参数的定义10/700μs—5/320μs定义根据ITU-TK系列和GB/T16927.1根据IEC60469-1波前时间μs半峰值时间μs上升时间（10%~90%）μs持续时间（50%~50%）μs开路电压10±30%700±20%6.5±30%700±20%短路电流5±20%320±20%4±20%300±20%注：在现行I