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     浪涌(沖擊)抗擾度測試

    浪涌(沖擊)抗擾度測試

    浪涌(Surge)是指沿線(xiàn)路傳送的電流、電壓或功率,其特性是先快速上升后緩慢下降。 浪涌(沖擊〉抗擾度測試是模擬雷電帶來(lái)的嚴重干擾進(jìn)行試驗。在工業(yè)過(guò)程中測量和控制裝 置的浪涌電流抗擾度試驗是模擬設備在不同環(huán)境和安裝條件下可能受到的雷擊或開(kāi)關(guān)切換過(guò) 程中所產(chǎn)生的浪涌電壓與電流進(jìn)行試驗。浪涌抗擾度測試為評定設備的電源線(xiàn)、I/O線(xiàn)以及 通信線(xiàn)的抗干擾能力提供依據。

    A.浪涌抗擾度試驗主要分浪涌電壓抗擾度試驗和浪涌電流抗擾度試驗,主要研究開(kāi)關(guān)瞬態(tài)、雷電瞬態(tài)和瞬態(tài)模擬。

    B.系統開(kāi)關(guān)瞬態(tài)的內容有:主電源系統切換騷擾、配電系統內在儀器附近的輕微開(kāi)關(guān)動(dòng)作 或者負荷變化、與開(kāi)關(guān)裝置有關(guān)的諧振電路、各種系統故障。

    C.雷電瞬態(tài)主主要有:雷擊于外部電路,洼人的大電流流過(guò)接地電阻或外部電路阻抗而 產(chǎn)生電壓;在建敘內、;外導體上產(chǎn)生感應電壓和電流的間接雷擊5附近直接對地放電的雷電 入地電流耦合到設備組接地系統的公共接地路徑,當保護裝置動(dòng)作時(shí),電壓和電流可能發(fā)生 迅速變化,并可能稱(chēng)合到內部電路。

    D.瞬態(tài)的模擬包括:信號發(fā)生器的特性盡可能地模擬上述現象;如果干擾源與受試設備的 端口在同一線(xiàn)路中,例茹在電源網(wǎng)絡(luò )中(直接耦合】,那—學(xué)發(fā)生器在受試設備的端口能 夠模擬一個(gè)低阻抗源;如果干擾源與受微備前端口不寒赫一線(xiàn)路中(?間接耦合〉,那么種 號發(fā)生器能夠模擬一個(gè)高阻抗源。

     

    1.         浪涌(沖擊)抗擾度測試等級

    電網(wǎng)的開(kāi)關(guān)操作激附近的雷電沖擊都會(huì )在交流電源線(xiàn)上象生浪涌現象。不同設備對浪涌 的敏感度不同,因而需要采用相應的試驗方法和不同的試驗等級,如表1所示。

    1,試驗等級

    等級

    開(kāi)路試驗電壓(Kv)(±10%

    1

    0.5

    2

    1.0

    3

    2.0

    4

    4.0

    X*

    特定

    注:X*為開(kāi)放等級,可在產(chǎn)品要求中規定。

     

    試驗等級應根據安裝情況來(lái)選擇,安裝情況可分為以下幾類(lèi)。

    a.  0類(lèi):保護良好的電氣環(huán)境,常常在-二間專(zhuān)用房間內。

    所有引人電纜都有過(guò)電壓保護。各電子設備單元由設訃良好的接地系統相互連接^并且 該接地系統根本不會(huì )受到電力設備或雷電的影響。浪涌電壓不超過(guò)25V。

    b.  1類(lèi):有部分保護的電氣環(huán)境。

    所有引人室內的電纜都有過(guò)電壓保護。各設備由地線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )相互良好連接,并且該地線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )術(shù)會(huì )受到電力設備或雷電的影響。電子設備有與其他設備完全隔離的電源/開(kāi)關(guān)操作在室內能產(chǎn)生干擾。浪涌電壓不能超過(guò)500V。

    c.  2類(lèi):電纜隔離良好,設置短走線(xiàn)也隔離良好的電氣環(huán)境。

    設備組通過(guò)單獨的地線(xiàn)接至電力設備的接地系統上,該接地系統幾乎都會(huì )遇到由設備組本身或雷電產(chǎn)生的干擾電壓。電子設備的電源主要靠專(zhuān)門(mén)的變壓器來(lái)與其他線(xiàn)路隔離。本類(lèi)設備組中存在無(wú)嫩線(xiàn)路,但這些線(xiàn)路隔離良好,且數量受到限值。浪涌的電壓能超過(guò)1kV。

    d.   3類(lèi):電源電纜和信號電纜平行敷設的電氣環(huán)境。

    設備組通過(guò)電力設備的公共接地系統接地,該接地系統幾乎都會(huì )遇到由設備組本身或雷電產(chǎn)生的干擾電壓。在電力設施內,有接地故障、開(kāi)關(guān)操作和雷擊而引起的電流會(huì )在接地系統中產(chǎn)生幅值較高的干擾電壓。受保護的電子設備和靈敏度較差的電氣設備被接到同一電源網(wǎng)絡(luò );ミB電纜可以有一部分在戶(hù)外但緊靠接地網(wǎng)。設備組中有未被抑制的感性負載,但通常對不同的現場(chǎng)電纜沒(méi)有采取隔離。浪涌電壓不能超過(guò)2kV。

    e.  4類(lèi):互連線(xiàn)作為戶(hù)外電纜沿電源電纜敷設并且這些電纜被作為電子和電氣線(xiàn)路的電 氣環(huán)境。

    設備組接到電力設備的接地系統,該接地系統容易遭受由設備組本身或雷電產(chǎn)生的干擾 電壓。在電力設施內,由接地故障、開(kāi)關(guān)操作和雷電產(chǎn)生的幾千安級電雍在接地系統中會(huì )產(chǎn) 生幅值較高的干擾電壓。電子設備和電氣設備可能使用同一電源網(wǎng)絡(luò );ミB電纜如戶(hù)外電纜 一樣走線(xiàn)甚至連到高壓設備上。這種環(huán)境下的一種特殊情況是電子設備接到人口稠密區的通 信網(wǎng)上。這時(shí)在電子設備以外沒(méi)有系統性結構的接地網(wǎng),接地系統僅由管道、電纜等組成。 浪涌電壓不能超過(guò)4 kV。

    f.   5類(lèi):在非人口稠密區電子設備與通信電纜和架空電力線(xiàn)路連接的電氣環(huán)境。

    所有這些電纜和線(xiàn)路都有過(guò)電壓保護、在電子設備以外沒(méi)有大范圍的接地系統。由接地 故障和雷電引起的干擾電壓是非常高的。

    g.  X類(lèi):產(chǎn)品技術(shù)要求中規定的特殊環(huán)境。

    h.   2給出了試驗等級的選擇。

    2, 試驗等級的選擇

    安裝類(lèi)別

    試驗等級的選擇

    電源耦合方式

    不平衡工作電路/線(xiàn)路

    LDB④耦合方式

    平衡工作電路/線(xiàn)路耦合方式

    SDB, DB①④耦合方式

    線(xiàn)-線(xiàn)

    線(xiàn)-

    線(xiàn)-線(xiàn)

    線(xiàn)-

    線(xiàn)-線(xiàn)

    線(xiàn)-

    線(xiàn)-線(xiàn)

    線(xiàn)-

    0

    NA

    NA

    NA

    NA

    NA

    NA

    NA

    NA

    1

    NA

    0.5

    NA

    0.5

    NA

    0.5

    NA

    NA

    2

    0.5

    1.0

    0.5

    1.0

    NA

    1.0

    NA

    0.5

    3

    1.0

    2.0

    1.0

    2.0

    NA

    2.0

    NA

    NA

    4

    2.0

    4.0

    2.0

    4.0

    NA

    2.0

    NA

    NA

    5

    2.0

    4.0

    NA

    4.0

    NA

    NA

    X

     

     

     

     

     

     

     

     

    注:①距離10m到最長(cháng)30m,有特別的結構并經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的布置,對10m以下的互連電纜不做試驗,僅算2類(lèi)適用。

    ②取決于當地電力系統的等級。

    ③通常帶第一級保護進(jìn)行試驗。

    DB數據總線(xiàn)(數據線(xiàn):),SDB-短距離總線(xiàn),LDB-長(cháng)距離總線(xiàn),NA-不適用。

     

    2.         浪涌(沖擊)抗擾度測試設備

    (1)    組合波(混合)信號發(fā)生器

    1為組合波信號發(fā)生器的電路原理圖。選擇不同元件Rs1,Rs2, Rm, Lr, Rc的值,以使信號發(fā)生器產(chǎn)生1.2/50μs的電壓浪涌(開(kāi)路狀態(tài))和8/20μs的電流浪涌(短路情況),此時(shí)信號發(fā)生器的等效輸出阻抗為。定義浪涌信號發(fā)生器的等效輸出阻抗為開(kāi)路輸出電壓峰值與短路輸出電流峰值之比。能產(chǎn)生1. 2/50μs開(kāi)路電壓波形和8/20μs短路電流波形的信號發(fā)生器被稱(chēng)為組合波浪涌信號發(fā)生器(CWG)或混合波信號發(fā)生器。組合波信號發(fā)生器的特征與特性如下。

    1,組合波信號發(fā)生器的電路原理圖

     

    a.  開(kāi)路輸出電壓:至少0.5?4.0kV范圍內能輸出。

    b.  浪涌電壓波形如圖2所示。

    c.  開(kāi)路輸出電壓公差:±10%。

    d.  開(kāi)短路輸出電流:至少在12。5?100A范圍內能輸出。

    e.  短路輸出電壓公差:±10%。

    f.   極性:正或負。

    g.  重復率:每分鐘至少一次

     

    2,開(kāi)路電壓波形(10/700μs

     

     

     

     

    (2)    耦合/去耦網(wǎng)絡(luò )

    耦合/去耦網(wǎng)絡(luò )不應該明顯影響信號袁齒器的參數,例如開(kāi)路電壓、短路電流應該在規 定的公差范圍內。

    ①用于交7直流電源線(xiàn)的耦合7去耦網(wǎng)絡(luò )(僅適用于組合波信號發(fā)生器)

    電壓和電流的波前時(shí)間和半峰值時(shí)間應分別在開(kāi)路情況下和短路情況下校驗。信號發(fā)生器 的輸出或其耦合網(wǎng)絡(luò )應與有足夠帶寬和電壓量程的測量系統連接,以便監視開(kāi)路電莊波形。在 去耦網(wǎng)絡(luò )的輸出端上,所有波形參數和信號發(fā)生器的其他特性參數相同。

    用于電源線(xiàn)的電容耦合

    在接入電源去耦網(wǎng)絡(luò )的同時(shí)―還可以通過(guò)電容耦合將試驗電壓按線(xiàn)一線(xiàn)或線(xiàn)一地方式加入。耦合/去耦網(wǎng)絡(luò )的額定參數:耦合電容為9μF18μF,電源去耦電感為1.5mH。

    當受試設備沒(méi)有與去耦網(wǎng)絡(luò )鏈接時(shí),在未加浪涌線(xiàn)路上的殘余浪涌電壓不應該超過(guò)最大可施加電壓的15%;當受試設備、供電網(wǎng)絡(luò )沒(méi)有與去耦網(wǎng)絡(luò )連接時(shí),在去耦網(wǎng)絡(luò )電源輸人端上的殘余浪涌電壓不應該超過(guò)所施加試驗電壓的15%或電源電壓峰值的2倍,兩者中取較大者。

    ③用于互連線(xiàn)的耦合/去耦兩絡(luò )

    應該根據線(xiàn)路功能和運行狀態(tài)來(lái)選擇耦合方法’具體的耦合方法包括電容耦合和用氣體 放電管耦合。

    ④用于互連線(xiàn)的電容耦合

    對非屏蔽不平衡I/O線(xiàn)路,當電容耦合對該線(xiàn)上的逋信功能沒(méi)有影響時(shí),推薦使用此方法,包括線(xiàn)一線(xiàn)耦合和線(xiàn)一地耦合。電容耦合/去耦網(wǎng)絡(luò )的額定參數:耦合電容為0.5μF, 去耦電感為20Mh。

    ⑤用氣體放電管耦合

    對非屏蔽平衡線(xiàn)(通信〕推薦用氣體放電管耦合。、本方法也可用在因功能問(wèn)題而不能使 用電容耦合的場(chǎng)合。就多芯電纜中的感應電壓兩言,耦合網(wǎng)絡(luò )還具有調節浪涌電流分布的任務(wù)。耦合/去耦網(wǎng)絡(luò )的辦定參數:耦合電阻Rm2n×25Ω)(n2),氣體放電管為,90V,去耦電感為20Mh

     

    (3)    試驗配置

    試驗配置包括受試設備(EUT)、輔助設備(AE)、電纜、耦合裝置(電容或氣體放電管)、信號發(fā)生器(組合波信號發(fā)生器,10/700μs信夸發(fā)生器)、去耦網(wǎng)絡(luò )/保護裝置、10Ω40Ω附加電阻。

    EUT電源試驗的配置

    浪涌經(jīng)電容耦合網(wǎng)絡(luò )加到EUT電源端上,為了避免對由同一電源供電的非UET產(chǎn)生不利影響,需要使用去耦網(wǎng)絡(luò ),以便為浪涌波提供足夠的去耦阻抗,使得能在受試線(xiàn)路上形成規定的波形。為模擬典型輞合阻抗,在某些情況下,試驗時(shí)必須使用附加的規定電阻。

    ②非屏蔽不對稱(chēng)工作互連線(xiàn)試驗的配置

    耦合/去耦網(wǎng)絡(luò )對受試線(xiàn)路的規定功能狀態(tài)不應產(chǎn)生影響。圖3為用電容向線(xiàn)路施加浪涌。圖4為另一個(gè)試驗配置(用氣體放電管耦合),供具有較高信號傳輸頻率的線(xiàn)路使 用…應根據傳輸頻率下的容性負載來(lái)選擇耦合方法。

     

    3,非屏蔽不對稱(chēng)工作互連線(xiàn)試驗配制示例(線(xiàn)一線(xiàn)/線(xiàn)一地用電容耦合)

     

     

    ③非屏蔽對稱(chēng)工作互連線(xiàn)/通信線(xiàn)試驗的配置(見(jiàn)圖5)。

     

    4,不對稱(chēng)工作互連線(xiàn)試驗配置示例(線(xiàn)一線(xiàn)/線(xiàn)一地用氣體放電管耦合)

     

     

    5. 非屏蔽對稱(chēng)工作互連線(xiàn)/通信線(xiàn)試驗配置實(shí)例(線(xiàn)一線(xiàn)/線(xiàn)一地用氣體放電管耦合)

     

     

     

     

     

    對于平衡互連7通信線(xiàn),通常不能使用電容耦合方法,此時(shí)耦合是由氣體放電管來(lái)完成的。應該考慮兩種試驗配置:對僅在EUT有第二級保護的設備級抗擾度試驗配置,用較低的試驗等級,如0.5kV1kV;對有第一級保護的系統級抗擾度試驗配置,用較高的試驗等級,如2kV4kV。

    ④屏蔽線(xiàn)試驗的配置

     對于屏蔽線(xiàn)來(lái)說(shuō),耦合/去耦網(wǎng)絡(luò )不再適用。這時(shí),應該根據圖6將浪涌施加于EUT(金屬外殼)和連線(xiàn)的屏蔽層上。

     

     

     

    6,屏蔽線(xiàn)試驗和施加點(diǎn)位差的試驗配置示例(傳導耦合)

     

     

     

     

    對于屏蔽線(xiàn)一端接地的情祝,應該按照圖7所示來(lái)進(jìn)行。為了對安全地線(xiàn)去耦,應使用安全隔離變壓器。

    7,

     

     

     

     

     

    正常情況下,應使用規定的最長(cháng)屏蔽電纜。根據浪涌的頻譜特性,應使用20m長(cháng)的規 定屏蔽電纜。

    給屏蔽線(xiàn)施加浪涌的規則:兩端接地的屏蔽,應按圖6給屏蔽層施加浪涌;一端接地的屏蔽,按圖7進(jìn)行試驗,電容為電纜對地電容,電容量的大小可按100Pf/m計算。 在屏蔽層上施加的試驗電平是“線(xiàn)一地值”(阻抗)。

     

    3. 浪涌(沖擊)抗擾度測試步驟

     

    在實(shí)驗室內施加浪涌的試驗步驟如下。

    a.  根據產(chǎn)品的實(shí)際使用和安裝條件確定試驗配置。

    b.  根據產(chǎn)品使用情況確定試驗等級。

    c.  根據試驗要求確定觸發(fā)方式(內觸發(fā)還是外觸發(fā))。

    d.  確定在EUT上的試驗部位,如電源線(xiàn)、I/O端等。

    e.  在每個(gè)選定的部位上,正、負極性的干擾至少要各加5次,每次浪涌的最大重復率為1/分鐘。

    f.   向交流電源端口施加浪涌的相角:0°、90°、 270°上同步加入,正極性浪涌在90°相位、負極性浪涌在270°相位加入。

    g.  試驗電壓逐步增加到產(chǎn)品標準所規定的電平值。

    h.  浪涌要加在線(xiàn)一線(xiàn)和線(xiàn)一地之間。如果無(wú)特殊規定,則浪涌應遂次加在每一根線(xiàn)與地之間,有時(shí)組合波形發(fā)生器要同時(shí)測試兩根或多根線(xiàn)對地情形,這時(shí)脈沖持續期可允許減

    i.    對于測試二次保護的試驗,發(fā)生器的輸岀電壓感頦賽提高到最壞的情況,即使其一次保護擊穿。

    對于產(chǎn)品的驗證試驗,海了找到設備在工作期間的臨界點(diǎn),“麝須要施加足夠數量的 正、負極性'的測試脈沖。

     

     

     

     

     

     

     

     

     


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