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雷击浪涌(Surge Immunity)抗扰度试验

01、雷击浪涌(Surge Immunity)抗扰度试验

1.1、试验目的

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,以评定设备或系统对规定现象的抗扰度。实验室试验的任务就是要找出设备在规定的工作状态下工作时,对由开关或雷电作用所产生的有一定危害电平的浪涌(冲击)电压的反应。本部分不考虑直击雷的雷电流的直接注入。

1.2、试验标准依据

IEC61000-4-5-2005 、GB/T17626.5-2019   《电磁兼容 试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验》

1.3、试验等级

  • 试验电压等级要求

  • 试验电压等级说明:

0级:保护良好的电气环境,浪涌电压不超过25V1级:部分保护的电气环境,浪涌电压不超过500V2级:电缆隔离良好,甚至短走线也隔离良好的电气环境,浪涌电压不超过1KV3级:电源电缆和信号电缆平行敷设的电气环境,浪涌电压不超过2KV    4级:受严重干扰的环境,浪涌电压可以达到4KV(内控标准),如民用架空线等X级:为特殊等级,根据厂商的特殊要求

  • 试验等级的选择依据

试验等级应根据安装情况来选择。除非在产品标准或产品类标准中另有规定:0类:保护良好的电气环境,常常在一间专用的房间内;(25V)1类:有部分保护的电气环境;(500V)2类:是电缆隔离良好,甚至短走线也隔离良好的电气环境;(1KV)3类:可选用的电缆平行敷设的电气环境;(2KV)4类:互联线按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;5类:在非人口稠密区电子设备与通信电缆以及架空电力线路连接的电气环境;X类:产品技术要求中规定的特殊环境

1.4、试验结果的判定

试验结果应依据EUT功能丧失或性能降低现象进行分类,相关性能等级由设备制造商或试验的委托方确定,或由产品的制造商和采购买方双方协商同意。推荐分类的如下:A级判定(Criterion A):在制造商、委托方或采购方规定的限值内性能正常。B级判定(Criterion 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级判定(Criterion 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级判定(Criterion 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。备注:

  • 由制造商提出的技术规范可以规定对受试设备产生的某些影响是不重要的原因而这些影响是可以接受的。
  • 没有适用的通用标准、产品或产品类标准时,这种分类可以由负责相应产品通用标准、产品标准和产品类标准的专业标准化技术委员会制定用于作为明确性判据的指南,或作为制造商和购买方协商的性能判据的框架。

02、雷击浪涌(冲击)试验设备

本部分规定两种类型的组合波发生器。根据受试端口类型的不同,它们有各自特殊的应用。对于连接到对称通信线的端口,应使用10/700μs组合波发生器。对于其他情况,特别是连接到电源线和短距离信号互联线的端口,应使用1.2/50μs组合波发生器。

2.1、试验发生器选择

  • 试验发生器源阻抗的选择取决于

ü电缆、导体、线路的种类;ü电缆、线路的长度;户内、户外状况;ü试验电压的施加(线-线,线-地)。ü试验端口类型:单项交流、三相交流、直流、信号端口

发生器源阻抗的对应关系说明

  • 2Ω阻抗表示电压电网的源阻抗,使用有效输出阻抗为2Ω的发生器
  • 12Ω(10Ω+2Ω)阻抗表示低压电网对地的源阻抗,使用串联10Ω附加电阻的发生器。
  • 42Ω(40Ω+2Ω)阻抗表示其他所有线路对地的源阻抗,使用串联40Ω附加电阻的发生器。
  • 非IEC标准可能要求对交流电源线采用输出阻抗为2Ω的发生器试验。

2.2、1.2/50μs-8/20μs组合波发生器

标准的目的是要规范施加在EUT上的输出波形。波形由开路电压波形和短路电流波形来定义,应在未连接EUT时测量。对交流或直接供电的产品,浪涌施加到交流或直流电源线上,其必须符合标准规定。为方便起见,定义组合波发生器的有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,发生器的有效输出阻抗为2Ω。

  • 1.2/50μs-8/20μs组合波发生器的电路原理图

  • 1.2/50μs-8/20μs组合波发生器参数

相移:相对于EUT交流线电压的相位在0゚-360゚变化,允差±10゚

极性:正极性和负极性

重复频率:每分钟一次或更快

开路输出电压峰值:0.5KV起至所需的试验电压,可调

浪涌电压波形:     见附图及附表

短路输出电流峰值:与设定的峰值电压有关,见附表    

浪涌电流波形:见附图及附表

  • 1.2/50μs-8/20μs组合波发生器输出波形

 开路电压波形(1.2/50μs)GB/T16927.1的波形定义

短路电流波形(8/20μs)GB/T16927.1的波形定义

  • 1.2/50μs-8/20μs脉冲波形参数定义:    

2.3、10/700μs-5/320μs组合波发生器

  • 10/700μs-5/320μs组合波发生器的电路原理图

  • 10/700μs-5/320μs组合波发生器参数
  • 极性:正极性和负极性
  • 重复频率:每分钟一次或更快
  • 开路输出电压峰值:0.5KV起至所需的试验电压,可调    
  • 浪涌电压波形:     见附图及附表
  • 输出电压设置允差:见附表
  • 短路输出电流峰值:与设定的峰值电压有关,见附表
  • 短路输出电流允差:见附表
  • 有效输出阻抗:40×(1±10%)Ω
  • 10/700μs-5/320μs组合波发生器输出波形

开路电压波形(10/700μs)GB/T16927.1的波形定义

短路电流波形(5/320μs)GB/T16927.1的波形定义

  • 10/700μs-5/320μs脉冲波形参数定义:    

2.4、耦合/去耦网络

  • 交流/直流线上电容耦合的试验配置

交流/直流线上电容耦合的试验配置:线-线耦合    

交流/直流线上电容耦合的试验配置:线-地耦合

  • 交流(三相)线上电容耦合的试验配置

交流(三相)线上电容耦合的试验配置:线-线耦合

交流(三相)线上电容耦合的试验配置:线-地耦合

2.4.3、非屏蔽不对称互连线的试验配置    

非屏蔽不对称互连线的试验配置:线-线/线-地耦合,电容耦合

非屏蔽不对称互连线的试验配置:线-线/线-地耦合,避雷器耦合

非屏蔽不对称互连线的试验配置:线-线/线-地耦合,用箝位电路耦合

  • 非屏蔽对称互连线(通信线)的试验配置    

非屏蔽对称互连线(通信线)的试验配置:所有线-地耦合,避雷器耦合

  • 对称高速通信线的试验配置

使用1.2/50μs浪涌发生器的对称高速通信线的耦合

  • 屏蔽线的试验配置

EUT与地绝缘,浪涌直接施加在它的金属外壳;受试端口的终端接地。该试验适用于适用一根或多根屏蔽电缆的设备。

两端接地的屏蔽线:    

备注说明:

  • 允许不经过隔离变压器而通过上图所示的去耦网络为EUT和AE供电,但此时应断开EUT的保护地。
  • 该配置也适用于直流供电的EUT。

一端接地的屏蔽线:

备注说明:

  • 允许不经过隔离变压器而通过上图所示的去耦网络为EUT和AE供电,但此时应断开EUT的保护地。
  • 该配置也适用于直流供电的EUT。

多根屏蔽线缆中对单根电缆测试的可选耦合方法:    

  • 耦合网络与去耦网络作用

耦合网络作用:

将组合波发生器的浪涌信号传送到EUT上,限制从电源线流入组合波发生器的电流对发生器本体造成破坏,减少对浪涌波形的影响。

去耦网络作用:

为浪涌波提供足够的去耦阻抗,避免浪涌窜入电网对同一电源供电的非测试设备产生不利影响。此外连接同一电源的其他设备可能含有防雷器件,在不使用去耦网络的情况下,非测试设备上的防雷器件会阻止EUT上浪涌的施加及影响测试结果。

耦合网络参数:

  一般浪涌信号耦合到EUT上的方式有电容耦合和气体放电管耦合,其中后者对组合波发生器的输出波形影响较为明显,故电容耦合较常见。若选用小的耦合电容值,则电源侧残留浪涌电压较低,但产生冲击电流的效率较低,若选用大的耦合电容值,则耦合到EUT效率较高,但残留电压较高。 

  为兼顾效率与残压问题,国家标准指定线-线耦合采用18uF电容,线-地耦合采用9uF电容。低压电网对地源阻抗为12欧姆,对于虚拟阻抗为2欧姆的组合波发生器,在进行线-地耦合时,要另外再串联10欧姆的附加电阻,以增加有效源阻抗。    

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