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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
2、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，具有根底EM（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1.2/50卩s开路电压波形、8/20卩s短路电流波形或10/700卩s开路电压波形、 5/320卩s 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
3、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。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0%kV10.521.032.044.01)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：有局部保护的电气环境所有引入室内的电缆都有过
4、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
5、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。互连电缆可以有一局部 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 高的干扰电压。电子设备和电气设备可能使用同一电源
6、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 有系统性构造的接地网，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丨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
7、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0NANANANANANANANANANANANA1NA0.5NANANANANA0.5NA0.5NANA20.51.0NANANANA0.51.0NA1.0NA0.531.02.01.0e2.0be1.0e2.0be1.0c2.0bcNA2.0bcNA2.0c42.04
8、.0b2.0e4.0be2.0e4.0be2.0c4.0bcNA2.0bcNA4.0c5aa2.04.0b2.04.0b2.04.0bNA4.0bNA4.0ca）取决当地电力系统的等级；b）通常带第一级保护进展测试；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，屏蔽输入输岀和/或通信线中。浪涌信号发生器与安装类别的关系如下：14 类：1.2/50 卩 s（80/20 卩 s）第5类：对电源线端口和短距离信号电路/线路端口：1.
9、2/50卩s（80/20卩s）15类：对对称通信线路：10/700卩s（5/320卩s）源阻抗应与各有关试验配置中标注的一样。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10/700 Q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1.2/50 Q的组合波信号发生器。4.1 1.2/50卩s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
10、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1.2 Q；开路电压半峰值时间 50宙；短路电流波前时间8 Q；短路电流半峰值时间20 e。图1为1.2/50宙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 1.2/50 Q的电压浪涌开路状态下和 8/20 Q的电流浪涌短路情况。_亠_i41i BiA.F1wU高压源；Rc充电电阻
11、；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1.2/508/20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2 Qo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0360变化；重复率：每分钟至少一次；开路输出电压峰值：至少在 0.5kV4.0kV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：2 Q 0
12、% ；短路电流峰值和开路电压峰值的关系见表3o应该使用输出端浮地的信号发生器。表2 波形参数的定义 1.2/50 宙一8/20 Q定义根据 GB/T 16927.1根据 IEC 60469-1波前时间半峰值时间pS上升时间10% 90%pS持续时间50% 50%开路电压1.2 0%50 +20%1 30%50 +20%短路电流8 +20%20 +20%6.4 0%16 +20%注：在现行IEC出版物中，1.2/50 Q和8/20 ms波形通常按 GB/T 16927.1规定，如图2和图3所示。其他的IEC推荐标准按IEC 60469-1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
13、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%0.5 kV0.25 kA1.0 kV0.5 kA2.0 kV1.0 kA4.0 kV2.0 kA半峰值时间：T2=50 q 20%注：耦合/去耦网络输岀端的开路电压波形可能存在较大的下冲，根本上同图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1.2/50宙按GB/T 16927.1的波形规定波前时间：Ti=1.25 X T=8 宙土 20%半峰值时间：T2=20 q 20%注：30%的下冲规定只适用于信号发生器的输岀端。在耦合/去耦网络的输岀端，没有下冲或过冲的限制。图3未连接CD
14、N的信号发生器输出端的短路电流波形8/20 Q 按GB/T 16927.1的波形规定4.2 10/700卩s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10 Q;开路电压半峰值时间700 pso图4为10/700宙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10/700 pS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10/700 pS-5/320 ps根据ITU K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0.5kV4.0kV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
