電快速脈沖群測試介紹

電快速脈沖群測試

電快速瞬變脈沖群（(EFT/B, Electrical Fast Transient / Burst)是在同一供電回路中，多種用電器（或設備）在工作過(guò)程中(如開(kāi)關(guān)、繼電器等在使用時(shí))產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖群。如果電感性負載多次重復切換，脈沖群就會(huì )以相應的時(shí)間間隔多次重復出現。這種脈沖上升時(shí)間短，重復率高，能量低，頻譜分布較寬。脈沖群干擾會(huì )使用電器（或設備）性能下降或失靈。

重復性快速瞬變試驗是一種將由許多快速瞬變脈沖組成的脈沖群耦合到電氣和電子設備的電源端口、信號和控制端口的試驗。試驗的要點(diǎn)是瞬變的短上升時(shí)間、重復率和低能量。其目的是評估受試設備對來(lái)自操作瞬態(tài)過(guò)程(如斷開(kāi)電感性負荷、繼電器接點(diǎn)彈跳等）中所產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖群的抗擾度。

1.試驗等級

表1列出了設備的供電電源、保護接地(PE)、信號和控制端口進(jìn)行電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗時(shí)應優(yōu)先采用的試驗等級的范圍。

表1，試驗等級

注：* “X”表示一個(gè)開(kāi)放等級，在專(zhuān)用設備技術(shù)規范中必須對這個(gè)級別加以規定。

    試驗等級應按照*真實(shí)的安裝和環(huán)境條件加以選擇，在進(jìn)行抗擾度試驗時(shí)，應確定設備 在預期工作環(huán)境中的性能等級。對于受試設備的1/0、控制、信號和數據端口，試驗電壓為電源端口試驗電壓的一半。

根據通常的安裝實(shí)踐，建議按照電磁環(huán)境的要求來(lái)選擇電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗的 試驗等級，具體試驗等級如下。

(1)    等級1：具有良好保護的環(huán)境

在此級別的設施具有下列特性。

a.       在被切換的電源和控制線(xiàn)路中，電快速瞬變脈沖被全部抑制。

b.       電源線(xiàn)（交流和直流〉與來(lái)自屬于較高嚴酷度等級的其他環(huán)境中的控制和測量線(xiàn)路 分離。

c.       電源電纜帶有屏蔽層，屏蔽層的兩端在設施的接地參考平面接地，并通過(guò)濾波進(jìn)行 電源保護。

例如計算機房。對于此級別試驗，只使用形式試驗中的電源線(xiàn)路及安裝后試驗中的接地 線(xiàn)路和設備機柜。

(2)    等級2：受保護的環(huán)境

在此級別的設施具有下列特性。

a.       僅應用于繼電器（無(wú)接觸器）切換的電源線(xiàn)路和控制線(xiàn)路中，電快速瞬變脈沖群被 部分抑制。

b.       所有線(xiàn)路與同較高嚴酷等級環(huán)境有關(guān)的其他線(xiàn)路分離。

c.       無(wú)屏蔽的電源電纜和控制電纜與信號電纜和通信電纜在結構上分離。 例如工廠(chǎng)和發(fā)電廠(chǎng)的控制室或終端室可作這類(lèi)環(huán)境的代表。

(3)    等級3：典型的工業(yè)環(huán)境

在此級別的設施具有下列特性。

a．  僅采用繼電器（無(wú)接觸器）切換的電源線(xiàn)路和控制線(xiàn)路中，對電快速瞬變脈沖群無(wú) 抑制。    

b．  工業(yè)線(xiàn)路與同較高嚴酷等級環(huán)境有關(guān)的其他線(xiàn)路分離不徹底。

c．  電源、控制、信號和通信線(xiàn)路采用專(zhuān)用電纜。 丄電源、控制、信號和通信線(xiàn)路之間的分離不徹底。

d．  存在由電纜托架（同保護接地系統相連）中的導電管道、接地導體和接地網(wǎng)提供的 接地系統。

例如工業(yè)過(guò)程設備的使用場(chǎng)所、發(fā)電廠(chǎng)和戶(hù)外高壓變電站的繼電器房等。

(4)    等級4：嚴酷的工業(yè)環(huán)境

在此級別的設施具有下列特性。

a．  由繼電器和接觸器切換的電源和控制線(xiàn)路中，對電快速瞬變脈沖群無(wú)抑制。

b．  工業(yè)線(xiàn)路與同較高嚴酷等級環(huán)境有關(guān)的其他線(xiàn)路不分離。

c．  電源、控制、信號和通信電纜之間不分離。 丄控制和信號線(xiàn)共用多芯電纜。

未采用特定安裝措施的電站工業(yè)過(guò)程設備的戶(hù)外區域，露天的高壓變電站配電裝置和工 作電壓達5001^^的開(kāi)關(guān)裝置（采用典型的安裝措施）等區域可作為這類(lèi)環(huán)境的代表。

(5) 等級5：需加分析的特殊環(huán)境

根據騷擾與設備的電路、電纜、線(xiàn)路等電磁分離程度的優(yōu)劣以及安裝質(zhì)量，可能需要采用高于或低于上述的環(huán)境等級。應該指出，較高嚴酷等級的設備線(xiàn)路可以進(jìn)入嚴酷等級較低
的環(huán)境。

2.試驗設備

(1)    試驗發(fā)生器

試驗發(fā)生器的主要元件包括高壓源、充電電阻、儲能電容、放電器、脈沖持續時(shí)間成形
電阻、阻抗匹配電阻、隔直電容，其電路簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1,電快速瞬變脈沖群發(fā)生器電路簡(jiǎn)圖

U—髙壓源；Rc一充電電阻；Cc一儲能電容器；RS一脈沖持續時(shí)間成形電阻；

Rm一阻抗匹配電阻；Cd—隔直電容

電快速瞬變脈沖群發(fā)生器的性能特性（接50Ω負載）如下。

a．  開(kāi)路輸出電壓范圍（在儲能電容器兩端的電壓〉為0.25(1一10%)～4Kv(1±10%)

b．  極性：正極性、負極性。

c．  輸出形式：同軸輸出。

d．  動(dòng)態(tài)源阻抗：50 (1±20%) Ω在（1?100MHz時(shí))。

e．  發(fā)生器內的隔直電容為10nF

f．   單個(gè)脈沖的上升時(shí)間：5 (1±30%）ns，如圖2所示。

                     圖2， 接50負載時(shí)單個(gè)脈沖的波形

g．  脈沖持續時(shí)間（50%值）：50（1±30%）ns，如圖2所示。

h．  與供電電源電壓異步。

i．    脈沖持續時(shí)間：15 （1±20%)ms，如圖3所示。

j．    脈沖群周期：300（1±20%)ms。

圖3，電快速瞬變脈沖群概略圖

(2)    電快速瞬變脈沖群發(fā)生器的校驗

為了消除因各種類(lèi)型發(fā)生器特性的分散性而可能出現的試驗結果的不確定性，需要一個(gè) 標準的校驗和試驗程序。試驗發(fā)生器的輸出通過(guò)一個(gè)50Ω的同軸衰減器接至示波器上。測 量設備的帶寬至少為400MHz。應該對一個(gè)脈沖群的上升時(shí)間、脈沖持續時(shí)間和脈沖重復頻率進(jìn)行監視。

對帶有一個(gè)50Ω終端負載的電快速瞬變脈沖群發(fā)生器要進(jìn)行校驗的特性（見(jiàn)圖2）如下。

a．  脈沖的上升時(shí)間50（1±30%）ns。

b．  脈沖持續時(shí)間（50%值）：50（1±30%）ns。

脈沖的重復頻率和輸出電壓的峰值：0.125Kv時(shí)為5（1±20%）kHz、0.25kV時(shí)為5（1±20%）kHz、0.5kV時(shí)為5（1±20%）kHz、1.0kV時(shí)為5（1±20%）kHz、2.0kV時(shí)為2.5（1±20%）kHz。

(3)    交/直流端口的耦合/去耦網(wǎng)絡(luò )

這個(gè)網(wǎng)絡(luò )提供在不對稱(chēng)條件下把試驗電壓施加到受試設備的電源端口的能力。其特性參 數如下。

a．  頻率范圍：1～100MHz。

b．  耦合電容:3Nf。

c．  耦合衰減：小于2dB。

d．  在不對稱(chēng)條件下的去耦衰減：大于20dB。

e．  網(wǎng)絡(luò )中每條線(xiàn)路和其他線(xiàn)路之間的串擾衰減：大于30 dB。。

f．   耦合電容的絕緣耐受能力：5kV(試驗脈沖：1.2/50μs〉。

(4)    容性耦合夾

耦合夾能在與受試設備各端口的端子、電纜屏蔽或受試設備的任何其他部分無(wú)任何電連 接的情況下把快速瞬變脈沖群耦合到受試線(xiàn)路上。其特性參數如下。

a．  電纜和耦合夾之間典型的耦合電容：50?200pF。

b．  圓電纜可用的直徑范圍：4～40mm。

c．  絕緣耐受能力：5kV。

(5)    試驗配置

電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗可以分成在實(shí)驗室進(jìn)行的試驗和在設備*終安裝條件下對設備進(jìn)行的安裝后試驗。優(yōu)先采用實(shí)驗室進(jìn)行的試驗。

試驗配置包括接地參考平面、耦合裝置〔網(wǎng)絡(luò )或耦合夾〉、去耦網(wǎng)絡(luò )、試驗發(fā)射器等，
如圖4所示

圖4，電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗方框圖

實(shí)驗室進(jìn)行試驗的標準環(huán)境條件如下。

a．  受試設備應該放置在接地參考平面上，并用厚度為0.1m±0.01m的絕緣支座隔開(kāi)。若受試設備為臺式設備，則受試設備應放置在接地參考平面上方0.8m±0.08m處，且和所有其他導電結構（如屏蔽室的墻壁）之間的*小距離應大于0.5m。

b．  接地參考平面應為一塊厚度不小于0，25mm的金屬板(銅或鋁)，也可以使用其他的 金屬材料，但厚度至少為0.65mm。

c．  接地平面的*小尺寸為1m×1m，其各邊應至少比受試設備大0.1m。

d．  試驗設備接地電纜與接地參考平面的連接和所有搭接所產(chǎn)生的電感應盡可能小。

e．  使用耦合裝置施加試驗電壓，試驗電壓應耦合到受試設備和去耦網(wǎng)絡(luò )之間的線(xiàn)路上 或與試驗有關(guān)的兩個(gè)設備之間的線(xiàn)路上。在使用耦合夾時(shí)，除了位于耦合夾和受試設備下方 的接地平面外，耦合板和所有其他導電性結構之間的*小距離為0.5111。耦合裝置和受試設備之間的信號線(xiàn)和電源線(xiàn)的長(cháng)度不大于1m。

圖5給出了實(shí)驗室試驗的配置實(shí)例。

圖5，用于實(shí)驗室試驗的一般試驗配置

I一耦合夾與EUT之間的距離，不應大于1m；

（A）一電源線(xiàn)耦合位置；(B)一信號線(xiàn)耦合位置

3. 試驗步驟

試驗的步驟包括：實(shí)驗室參比條件的檢驗、設備正常運行的初步檢驗、進(jìn)行試驗、試驗 結果的評價(jià)。

(1)    實(shí)驗室參比條件

為了盡量減小環(huán)境參數對試驗結果的影響，應該在環(huán)境溫度為15?35℃、相對濕度為30%～60%、大氣壓力為86?10kPa的條件下進(jìn)驗。實(shí)驗室的電磁條件應能保證對式設備正常工作。

(2)    進(jìn)行試驗

應根據試驗計劃進(jìn)行試驗，包括對技術(shù)規范所規定的受試設備性能的檢驗。試驗計劃應 包括將要進(jìn)行的試驗的類(lèi)型，試驗等級，試驗電壓的極性，內部或外部發(fā)生器激勵，試驗的 持續時(shí)間（不少于1mm），施加試驗電壓的次數，待試驗的受試設備端口，受試設備的典型 工作條件，依次對受試設備各端口或對同屬于兩個(gè)以上電路的電纜等施加試驗電壓的順序， 輔助設備。

(3)    試驗結果和試驗報告

由于受試設備和系統的多樣性和差異性，確定試驗對設備和系統的影響變得比較困難。 試驗結果應該按受試設備的運行條件和功能規范進(jìn)行如下分類(lèi)。

a．  在技術(shù)要求限值內性能正常。

b．  功能或性能暫時(shí)降低或喪失，但能自行恢復。

c．  功能或性能暫時(shí)降低或喪失，但需操作者干預或系統復位。

d．  因設備（元件〕或軟(射員壞或數據丟失造成不能自行恢復至正常狀態(tài)的功能降低或喪失。 一般地，如果設備在整個(gè)試驗期間顯示其抗擾度，且在試驗結束后受試設備滿(mǎn)足技術(shù)規 范中的功能要求，則表明試驗合格。