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电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

      电快速瞬变脉冲群抗扰度试验的国家标准为 GB/T17626.4,等同的国际标准是IEC61000-4-4
 1.
电快速瞬变脉冲群的起因
    
电路中,切换瞬态过程(切断感性负载、继电器触点弹掉等)时通常会对同一电路中的其他电气和电子设备产生干扰。这些干扰的特点是:干扰波以群脉冲方式出现,且重复频率较高,脉冲波形的上升时间短暂。此类干扰经常会使设备产生误动作的情况,由于单个脉冲的能量较小,一般不会造成设备硬性故障。群脉冲干扰之所以会造成设备发生误动作现象,是因为脉冲群会对电路中半导体器件的结电容充电,当结电容上的能量积累到一定程度是,便会使一些逻辑电路错误翻转,从而引起设备的误动作。
 2.
电快速瞬变脉冲群抗扰度试验目的
    
为评估电气和电子设备的供电电源端口、信号、控制和接地端口在受到电快速瞬变(脉冲群)干扰时的性能确定一个共同的能再现的评定依据。试验的要点是瞬变的高幅值、短上升时间、高重复率和低能量。
 3.
电快速瞬变脉冲群抗扰度试验等级
   
试验等级应按照设备预期安装使用的环境条件进行选择。环境条件分为五个等级,如表一:
1级:具有良好保护的环境,典型的环境如计算机房等。
2级:受保护的环境, 典型的环境如工厂和发电厂的控制室和终端室等。
3级:典型的工业环境,代表环境有工业过程控制设备的安装场所、发电厂和室外高压变电所的继电器房、铁路信号所机械室等。
4级:严酷的工业环境,如未采用特别安装措施的电站、室外工业过程控制设备的安装区域、露天的高压变电站的配电设备和工作电压               高达500KV及以上的开关设备等。
X级:需要加以分析的特殊环境。

表一:开路输出试验电压和脉冲的重复频率

等级

在供电电源端口,保护接地(PE

I/O(输入/输出)信号、数据和控制端口

电压峰值/kV

重复频率/kHz

电压峰值/kV

重复频率/kHz

1

0.5

5或者100

0.25

5或者100

2

1

5或者100

0.5

5或者100

3

2

5或者100

1

5或者100

4

4

5或者100

2

5或者100

“X”开放等级级

特定

特定

特定

特定

1:传统上用5 kHz的重复频率,然而,100 kHz更接近实际情况。

2:对于某些产品,电源端口和I/O端口之间没有清晰的区别,在这种情况下,应由专业标准化技术委员会根据实验目的来确定如何进行。

4. 试验配置:

接地参考平面应为一块最小厚度为0.25 mm的金属板(铜或铝),也可以使用其他的金属材料,但它们的最小厚度应为0.65 mm 接地参考平面最小尺寸为1 m×1 m, 实际尺寸与受试品的大小有关,参考接地板的外围至少比被试品每边的几何投影尺寸大出0.1m

注:参考接地板必须与保护接地相连。

在使用耦合夹时,除耦合夹下方的接地参考平面外,耦合板和所有其他导电性结构之间的最小距离0.5m

除非其他产品标准或者产品类标准另有规定,耦合装置和受试设备之间的信号线和电源线的长度应为0.5m±0.05m

受试品应放置在接地参考平面上, 并用厚度为0.1m± 0.01的绝缘支座与之隔开,若被试设备为台式设备,则应位于接地平面上方0.8m± 0.08m处。

受试品和所有其它导电性结构(例如屏蔽室的墙壁)之间的最小距离大于0.5m

如果制造商提供的与设备不可拆卸的电源电缆长度超过0.5m±0.05m,那么电缆超出长度的部分应折叠,以避免形成一个扁平的环形,并放置于接地参考平面上方0.1m处。

5.实验室的气候条件

应该在EUT和试验仪器各自的制造商规定的设备正常工作范围内,如果相对湿度很高,以至于在EUT和试验仪器上产生凝雾,则不应进行试验。

6.电快速瞬变群脉冲抗扰度实验结果:

a) 在制造商、委托方或购买方规定的限值内性能正常

b) 功能或性能暂时丧失或降低,但在骚扰停止后能自行恢复,不需要操作者干预;

c) 功能或性能暂时丧失或降低,但需操作人员干预才能恢复;

d) 因设备硬件或软件损坏,或数据丢失而造成不能恢复的功能丧失或性能降低。
      
由于脉冲群试验除了具有传导干扰外,还存在一定程度的辐射干扰,对于不同的导线数目和不同的导线摆放位置,受试设备对辐射干扰的响应情况是不同的。因此,除了试验配置的规范性外,还要注意每次试验时附在受试设备上的附加导线根数及摆放位置是否一致。
      
由于不同的试验运行程序对被试设备结电容的充、放电情况也是不相同的,因此,不同的试验运行程序也可能影响试验结果。这一点也需要实验人员多多注意。
     
试验人员对试验情况都要仔细的记录在案,以便使试验结果具有可追溯性。
6. 
电快速瞬变脉冲群抗扰度测试存在问题的相应对策

针对脉冲群干扰,主要采用滤波(电源线和信号线的滤波)及吸收(用铁氧体磁芯来吸收)。采用铁氧体磁芯吸收的方案非常便宜也非常有效,但要注意做试验时铁氧体磁芯的摆放位置,就是今后要使用铁氧体磁芯的位置,千万不要随意更改,因为脉冲群干扰不仅仅是一个传导干扰,更麻烦的是它还含有辐射的成分,不同的安装位置,辐射干扰的逸出情况各不相同,难以捉摸。一般将铁氧体磁芯用在干扰的源头和设备的入口处最为有效。下面根据端口的不同分别进行探讨。
针对电源线试验的措施:
解决电源线干扰问题的主要方法是在电源线入口处安装脉冲群抑制器,阻止干扰进入设备。脉冲群抑制器是北京天工通宇科技有限公司的专利产品,针对GB/T17626.4-1998(IEC6
1000-4-4)标准中定义的电快速瞬变脉冲群干扰而设计,能对2KV3KV4KV5ns/50ns脉冲群干扰进行有效抑制。下面是用脉冲群抑制器抑制电源线上的电快速脉冲的有效方法:

(1) 设备的机箱是金属的:
这种情况是最容易的。因为机箱是金属的,它与地线面之间有较大的杂散电容,能够为共模电流提供比较固定的通路。这时,只要在电源线的入口处安装一只含有共模滤波电容的脉冲群抑制器,共模滤波电容就能将干扰旁路掉,使其回到干扰源。由于脉冲群抑制器中的共模滤波电容受到漏电流的限制,容量较小,因此对于干扰中较低的频率成分主要依靠共模电感抑制。另外,由于设备与地线面之间的接地线具有较大的电感,对于高频干扰成分阻抗较大,因此设备接地与否对试验的结果一般没有什么影响。除了选择高频性能良好的脉冲群抑制器以外,在安装脉冲群抑制器时,注意脉冲群抑制器应靠近金属机箱上的电源入口处,防止电源线二次辐射造成的干扰。
(2) 设备机箱是非金属的:
如果设备的机箱是非金属的,必须在机箱底部加一块金属板,供脉冲群抑制器中的共模滤波电容接地。这时的共模干扰电流通路通过金属板与地线面之间的杂散电容形成通路。如果设备的尺寸较小,意味着金属板尺寸也较小,这时金属板与地线面之间的电容量较小,不能起到较好的旁路作用。在这种情况下,主要靠电感发挥作用。此时,需要采用各种措施提高电感高频特性,必要时可用多个电感串联。
 针对信号线试验应采取的措施
快速脉冲通过信号/控制线注入时,由于是采用容性耦合夹注入,属共模注入方式。
(1) 信号电缆屏蔽:
从试验方法可知,干扰脉冲耦合进信号电缆的方式为电容性耦合。消除电容性耦合的方法是将电缆屏蔽起来,并且接地。因此,用电缆屏蔽的方法解决电快速脉冲干扰的条件是电缆屏蔽层能够与试验中的参考地线面可靠连接。如果设备的外壳是金属的并是接地的设备,这个条件容易满足。当设备的外壳是金属的,但是不接地时,屏蔽电缆只能对电快速脉冲中的高频成分起到抑制作用,这是通过金属机壳与地之间的杂散电容来接地的。如果机箱是非金属机箱,则电缆屏蔽的方法就没有什么效果。
(2) 信号电缆上安装共模扼流圈:
共模扼流圈实际是一种低通滤波器,只有当电感量足够大时,才能对电快速脉冲群有效果。但是当扼流圈的电感量较大时(往往匝数较多),杂散电容也较大,扼流圈的高频抑制效果降低。而电快速脉冲波形中包含了大量的高频成分。因此,在实际使用时,需要注意调整扼流圈的匝数,必要时用两个不同匝数扼流圈串联起来,兼顾高频和低频的要求。
(3) 信号电缆上安装共模滤波电容:
这种滤波方法比扼流圈具有更好的效果,但是需要金属机箱作为滤波电容的地。另外,这种方法会对差模信号有一定的衰减,在使用时需要注意。
(4) 对敏感电路局部屏蔽:
当设备的机箱为非金属机箱,或者电缆的屏蔽和滤波措施不易实施时,干扰会直接耦合进电路。这时只能对敏感电路进行局部屏蔽。屏蔽体应该是一个完整的六面体。

 

 

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