电磁兼容中抗扰度试验

第九章抗扰度试验第1节概述第2节低频骚扰抗扰度试验第3节传导暂态和高频骚扰的抗扰度试验第4节静电放电抗扰度试验第5节磁场抗扰度试验第6节辐射电磁场抗扰度试验第一节概述一、相关术语及其定义1、(电磁)兼容电平(electromagnetic)compatibility1evel预期加在工作于指定条件的装置、设备或系统上的规定的最大电磁骚扰电平。注：实际上电磁兼容电平并非绝对最大值，而可能以小概率超出。2.(对骚扰的)抗扰度immunity(toadisturbance)装置、设备或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力。3.抗扰度电平immunitylevel将某给定电磁骚扰施加于某一装置、设备或系统而其仍能正常工作并保持所需性能等级时的最大骚扰电平。4.(电磁)敏感性(electromagnetic)susceptibi1ity在存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。注：敏感性高，抗扰度低。5.严酷度等级severitylevel为抗扰度试验规定的施加影响的电磁量的值。注：试验标准可按照不同的抗扰度电平来规定若干个严酷等级。6.瞬态transient在两相邻稳态之间变化的物理量或物理现象，其变化时间小于所关注的时间尺度注：瞬态可以是一个任意极性的单向脉冲或第一个尖峰为任意极性的阻尼振荡波。7.电压浪涌Voltagesurge沿线路或电路传播的瞬态电压波。其特征是电压快速上升后缓慢下降。8.电源线powerlines从电源(交流或直流电压)引出的线路。9.控制线controllines所有用于控制、信号传输及测量的线路。10.共模电压，不对称电压commonmodevoltage，asymmetricalVoltage每个导体与规定参考点(通常是地或机壳)之间的相电压的平均值。11.差模电压，对称电压differentialmodevoltage，symmetricalvoltage一组规定的带电导体中任意两根之间的电压。二、骚扰电平、兼容电平、抗扰度电平和敏感性电平之间的联系骚扰电平、兼容电平、抗扰度电平和敏感性电平之间的理论联系如图9-0(a)所示。图9-0(a)电磁骚扰不同电平间的关系三、抗扰度试验的必要性:1.以往电力系统中的二次设备对电磁骚扰的反应灵敏度较低，即使有骚扰，也主要是低频骚扰起作用，如谐波、电压变化等。2.近代电力系统中，电子元器件的应用广泛，它们对高频及暂态骚扰表现得更为敏感。可以说电子元器件的大量使用增加了二次设备损坏和误动作的可能性。3.为减少事故，提高二次设备的抗骚扰能力，有必要对二次设备进行抗扰度试验。4.抗扰度试验的目的是对处于电磁骚扰影响下的二次设备的运行情况进行检查。试验时设备总处于供电状态并正常运转。四、抗扰度试验的IEC标准的适用范围:IEC的产品委员会、用户及电力、电子设备制造厂都规定了抗骚扰标准和相应的抗扰度试验方法。为了统一起见，TC-77拟制定一个关于低压设备的抗骚扰标准。标准根据被试设备的不同种类和使用条件推荐适当的试验方法。IEC标准适用于下列情况。1．被试对象被试对象规定为连接于下列低压系统中的电力及电子设备:(1)居民和商业网络；(2)工业网络；(3)控制系统；(4)变电所二次网络；(5)通信线路。2.骚扰种类(1)电场骚扰；(2)磁场骚扰；(3)静电骚扰；(4)电磁骚扰。3.骚扰频率(1)低频，直流至10kHz～20kHz;(2)高频，几百MHz～千MHz范围；(3)暂态，持续时间从数ns至数ms。4．骚扰源(1)骚扰负荷(非线性负荷，变化负荷)；(2)在网络和设备中的操作现象和故障；(3)大气现象(雷电)；(4)静电；(5)无线电发射机。五、抗扰度试验的分类1.低频骚扰的抗扰度试验；2.传导暂态和高频骚扰的抗扰度试验；3.静电放电的抗扰度试验；4.磁场骚扰的抗扰度试验；5.电磁骚扰的抗扰度试验；6.其它抗扰度试验。六、环境条件对于特定产品，有关试验和严酷度等级的选择通常取决于环境条件。在本条款的范围内，“环境条件”包括电磁环境及安装条件。由于这些影响的多样性，有必要为各类骚扰定义特定的环境条件。1.低压供电网络中的低频骚扰(考虑了三种类型的环境)(1)具有相对较低骚扰电平的公共低压配电网络；(2)具有相对较高骚扰电平的工业低压配电网络；(3)电站中的低压网络。2.瞬态和高频骚扰这类骚扰的电平取决于:(1)电磁骚扰源(2)安装条件，如屏蔽、接地、过电压保护等。3.静电放电环境条件主要取决于安装条件(特别是地面类型)及气候条件(空气湿度)4.磁骚扰施加影响的磁场取决于流经设备附近导体中的电流和它们之间的距离以及附近磁性材料的存在情况。可区分用于低压配电网络中的设备及用于电站中的设备。5.辐射电磁场骚扰施加影响的电磁场取决于发射机的功率及其与设备间的距离。由手持无线电收发机产生的骚扰被认为需给予特别的关注。七、确定抗扰度试验项目应考虑的因素1.影响设备的骚扰的类型；2.环境条件；3.所要求的可靠性和特性;4.经济约束。由于要考虑的设备和环境条件的多样性，很难指出有关抗扰度试验选择的准则。这种选择主要是有关专业标准化技术委员会的任务，或者可由生产厂商和用户的协议来确定，表9-1可用作抗扰度试验选择的准则(见教材）。八、抗扰度试验严酷度等级的选择对大多数试验，均提出了若干个严酷度试验等级。下列这些最重要的因素能用作严酷度等级选择的准则：1.在指定环境条件下用户所需要的可靠性程度；2.环境条件，它表明了骚扰电平；3.经济约束，选择极端试验值可能会使产品不经济；4.通常不能对这些因素进行单独考虑。这些因素共同作用，甚至可能会相互抵触，例如，非常高的可靠性要求同经济约束是矛盾的。九、抗扰度试验结果的评估因受试设备和系统的多样性和差异性，确定试验对设备和系统的影响比较困难。若有关专业标准化技术委员会或产品技术规范没有给出不同的技术要求，试验结果应该按受试设备的运行条件和功能规范进行如下分类。1.在技术要求限值内性能正常；2.功能或性能暂时降低或丧失，但能自行恢复；3.功能或性能暂时降低或丧失，但需操作者干预或系统复位；4.因设备(元件)或软件损坏，或数据丢失而造成不能自行恢复至正常状态的功能降低或丧失。一般地，如果设备在整个试验期间显示出其抗扰度，并在试验结束后，受试设备满足技术规范中的功能要求，则表明试验合格。十、抗扰度试验对应设备的端口类型抗扰度试验对应设备的5类端口(见图9-1)为：1.外壳端口，它是设备的物理边界（如机壳），外壳端口提供辐射和静电放电能量的传播途径。2.交流电源端口；3.直流电源端口；4.信号端口；5.功能接地端口。除外壳端口以外的上述端口提供传导能量的传播途径。图9-1设备端口示意图抗扰度试验详细内容可参考抗扰度试验系列国家标准，GB/T17626.1～12—2019(2019)，电磁兼容试验和测量技术。第二节低频骚扰抗扰度试验低频抗扰度试验主要检验二次设备对来自交流电源的各种骚扰的耐受能力。一、谐波试验谐波试验的目的:在于检验低压电网络中的谐波对可能对这些频率敏感的设备所产生的影响。这种影响表现在两个方面。(1)短时效应。从偶然的误动作直到电子元件损坏。(2)长期效应。主要指过热。试验适用于:所有接在低压公用电网、工业电网和变电所的低压设备。试验电压:为一个或几个谐波频率的正弦波叠加在工频电压上。谐波次数最高可达40次。图9-2为3种不同的谐波试验接线方式.图9-2谐波试验的接线方式(a)适用于小功率设备；(b)适用于大功率设备；(c)适用于高次谐波抗扰度试验等级是按照设备所处的电磁环境的级别来规定的。它是用基波电压UT的百分数表示的谐波电压。合成电压波的均方根值在试验期间必须保持为标称值。电磁环境可分为以下3级：1级：受保护的电源。其兼容水平比公用电网的兼容水平低。它关系到对电源干扰非常敏感的设备的使用。2级：一般适合于工业环境中的公共耦合点(PCC)和内部耦合点(IPC)。其兼容水平与公用电网中的兼容水平相一致，因此，规定用于公用电网中的设备也可以用于这些工业环境中。3级：仅适用于工业环境中的IPC。对某些骚扰现象来说，其兼容水平比第2级更高。例如：当本部分负荷通过整流器供电；有电焊机存在；大电机频繁启动；负荷变化迅速时，都应当归入这类环境。二、谐间波试验当有谐间波源存在时，还要对被试设备进行谐间波试验。所谓谐间波是指频率介于相邻两次谐波之间的谐波。谐间波试验的目的是检验低压供电网络中的谐间波对可能对这些频率敏感的设备所产生的影响。试验方法与谐波试验方法相同。谐间波试验电压值为电磁兼容水平的1.2～2.0倍。电磁兼容水平可按以下数值选取：(l)对离散的谐间波，各频率可具有基频电压UT的0.5%的电平（无谐振），但当其可能骚扰纹波控制系统时，则必须降低至小于UT的0.1%。(2)用带宽10Hz测量时，连续频谱显示的背景电平通常不超过0.02%UT。谐间波试验仅适用于某些特定情况，如：(l)对特定谐间波特别敏感的窄带频率选择性设备。(2)对预期安装在具有较高谐间波电平的场所（如：大型电弧炉附近）的宽带敏感设备。电磁环境可分为与谐波相同的3级。表9-4给出了优先考虑的谐间波的试验等级。离散的谐间波频率的试验等级约为0.5％UT(无谐振时)，对工业网络所采用的第3级中，这些试验电压可能是相当高的。表9-4谐间波的试验等级频率范围(Hz)1级2级3级X级16～100不试验2.54开放100～500不试验59开放500～750不试验3.55开放750～1000不试验23开放1000～2000不试验1.52开放注:X级给出的试验电压是开放的，它们由有关技术标准化委员会来确定，应该考虑在使用电网信号的电力网络中，在100～500Hz频率范围的试验电压最高为9%UT。三、电压变化(波动)试验电压变化是指供电电压逐渐变得高于或低于额定电压，变化的持续时间相对于周期来说，可长可短。产生电压变化的原因有：1.负载突然变化；2.变压器带负载调压等。电压变化会影响电子设备的正常运行,所以要对这些设备进行电压变化试验。目的是检验低压供电网络中可能对快速电压波动具有敏感性的设备的抗扰度。它适用于用在公共网络、工业网络及电厂中可能对这类骚扰具有敏感性的所有设备。电压变化试验接线图及试验程序如图9-3所示。图9-3电压变化试验接线图及试验程序(a)试验接线图；(b)试验程序起始电压的设定值为UT±10%，电压波动范围△U根据电网的性质决定。对用于公共网络或其他受轻微骚扰网络中的设备，取△U=±8%UT；对用于受严重骚扰网络（即工业网络）中的设备，△U=±12%UT。优先采用的电压变化所需时间和减小后的电压维持时间由表9-5给出。电压变化的速率应是常数，但电压可是阶跃变化的，阶跃应定位在过零附近，且不应大于10%UT，当阶跃在1%UT以下，则可认为电压变化速率是常数。对EUT进行每一种规定的电压变化，在最典型的运行方式下进行三次试验，试验之间间隔10s。试验应在IEC68—1要求的标准气候条件下进行：温度：15℃～35℃;相对湿度：25％～75％；大气压力：86kPa～106kPa(860mbar～1060mbar)。实验室的电磁条件应能保证EUT正常运行，使试验结果不受影响。表9-5短期供电电压变化的时间设定电压试验等级(%UT)电压降低所需时间(s)降低后电压维持时间(s)电压增加所需时间(s)402±20%1±20%2±20%02±20%1±20%2±20%XXX注：X表示一个未定的持续时间，由产品规范给出。四、电压暂降和短时中断试验电压暂降:指在电气系统某一点的电压突然下降，经历半个周期到几秒的短暂持续期后恢复正常。短时电压中断:指供电电压消失一段时间，一般不超过1min。短时中断可认为是幅值的电压暂降。当电网发生短路或接地故障时，电压降落可能超过UT的10～15%，甚至短时降至零值。特别是当