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(shè)備）在工作過程中(如開關(guān)、繼電器等在使用時)產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖群。如果電感性負(fù)載多次重復(fù)切換，脈沖群就會以相應(yīng)的時間間隔多次重復(fù)出現(xiàn)。這種脈沖上升時間短，重復(fù)率高，能量低，頻譜分布較寬。脈沖群干擾會使用電器（或設(shè)備）性能下降或失靈。

重復(fù)性快速瞬變試驗(yàn)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(shè)備的電源端口、信號和控制端口的試驗(yàn)。試驗(yàn)的要點(diǎn)是瞬變的短上升時間、重復(fù)率和低能量。其目的是評估受試設(shè)備對來自操作瞬態(tài)過程(如斷開電感性負(fù)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(yàn)等級

表1列出了設(shè)備的供電電源、保護(hù)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(yàn)時應(yīng)優(yōu)先采用的試驗(yàn)等級的范圍。

表1，試驗(yàn)等級

注：* “X”表示一個開放等級，在專用設(shè)備技術(shù)規(guī)范中必須對這個級別加以規(guī)定。

    試驗(yàn)等級應(yīng)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(yàn)時，應(yīng)確定設(shè)備 在預(yù)期工作環(huán)境中的性能等級。對于受試設(shè)備的1/0、控制、信號和數(shù)據(jù)端口，試驗(yàn)電壓為電源端口試驗(yàn)電壓的一半。

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

(1)    等級1：具有良好保護(hù)的環(huán)境

在此級別的設(shè)施具有下列特性。

a.       在被切換的電源和控制線路中，電快速瞬變脈沖被全部抑制。

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

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

例如計算機(jī)房。對于此級別試驗(yàn)，只使用形式試驗(yàn)中的電源線路及安裝后試驗(yàn)中的接地 線路和設(shè)備機(jī)柜。

(2)    等級2：受保護(hù)的環(huán)境

在此級別的設(shè)施具有下列特性。

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

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

c.       無屏蔽的電源電纜和控制電纜與信號電纜和通信電纜在結(jié)構(gòu)上分離。 例如工廠和發(fā)電廠的控制室或終端室可作這類環(huán)境的代表。

(3)    等級3：典型的工業(yè)環(huán)境

在此級別的設(shè)施具有下列特性。

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

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

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

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

例如工業(yè)過程設(shè)備的使用場所、發(fā)電廠和戶外高壓變電站的繼電器房等。

(4)    等級4：嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境

在此級別的設(shè)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路中，對電快速瞬變脈沖群無抑制。

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

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

未采用特定安裝措施的電站工業(yè)過程設(shè)備的戶外區(qū)域，露天的高壓變電站配電裝置和工 作電壓達(dá)5001^^的開關(guān)裝置（采用典型的安裝措施）等區(qū)域可作為這類環(huán)境的代表。

(5) 等級5：需加分析的特殊環(huán)境

根據(jù)騷擾與設(shè)備的電路、電纜、線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(yīng)該指出，較高嚴(yán)酷等級的設(shè)備線路可以進(jìn)入嚴(yán)酷等級較低
的環(huán)境。

2.試驗(yàn)設(shè)備

(1)    試驗(yàn)發(fā)生器

試驗(yàn)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(xù)時間成形
電阻、阻抗匹配電阻、隔直電容，其電路簡圖如圖1所示。

圖1,電快速瞬變脈沖群發(fā)生器電路簡圖

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

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(fù)載）如下。

a．  開路輸出電壓范圍（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(fù)極性。

c．  輸出形式：同軸輸出。

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

e．  發(fā)生器內(nèi)的隔直電容為10nF

f．   單個脈沖的上升時間：5 (1±30%）ns，如圖2所示。

                     圖2， 接50負(fù)載時單個脈沖的波形

g．  脈沖持續(xù)時間（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(xù)時間：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(yàn)

為了消除因各種類型發(fā)生器特性的分散性而可能出現(xiàn)的試驗(yàn)結(jié)果的不確定性，需要一個 標(biāo)準(zhǔn)的校驗(yàn)和試驗(yàn)程序。試驗(yàn)發(fā)生器的輸出通過一個50Ω的同軸衰減器接至示波器上。測 量設(shè)備的帶寬至少為400MHz。應(yīng)該對一個脈沖群的上升時間、脈沖持續(xù)時間和脈沖重復(fù)頻率進(jìn)行監(jiān)視。

對帶有一個50Ω終端負(fù)載的電快速瞬變脈沖群發(fā)生器要進(jìn)行校驗(yàn)的特性（見圖2）如下。

a．  脈沖的上升時間50（1±30%）ns。

b．  脈沖持續(xù)時間（50%值）：50（1±30%）ns。

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

(3)    交/直流端口的耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)

這個網(wǎng)絡(luò)提供在不對稱條件下把試驗(yàn)電壓施加到受試設(shè)備的電源端口的能力。其特性參 數(shù)如下。

a．  頻率范圍：1～100MHz。

b．  耦合電容:3Nf。

c．  耦合衰減：小于2dB。

d．  在不對稱條件下的去耦衰減：大于20dB。

e．  網(wǎng)絡(luò)中每條線路和其他線路之間的串?dāng)_衰減：大于30 dB。。

f．   耦合電容的絕緣耐受能力：5kV(試驗(yàn)脈沖：1.2/50μs〉。

(4)    容性耦合夾

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

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

試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)方框圖

實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件如下。

a．  受試設(shè)備應(yīng)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。若受試設(shè)備為臺式設(shè)備，則受試設(shè)備應(yīng)放置在接地參考平面上方0.8m±0.08m處，且和所有其他導(dǎo)電結(jié)構(gòu)（如屏蔽室的墻壁）之間的*小距離應(yīng)大于0.5m。

b．  接地參考平面應(yīng)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(yīng)至少比受試設(shè)備大0.1m。

d．  試驗(yàn)設(shè)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(yīng)盡可能小。

e．  使用耦合裝置施加試驗(yàn)電壓，試驗(yàn)電壓應(yīng)耦合到受試設(shè)備和去耦網(wǎng)絡(luò)之間的線路上 或與試驗(yàn)有關(guān)的兩個設(shè)備之間的線路上。在使用耦合夾時，除了位于耦合夾和受試設(shè)備下方 的接地平面外，耦合板和所有其他導(dǎo)電性結(jié)構(gòu)之間的*小距離為0.5111。耦合裝置和受試設(shè)備之間的信號線和電源線的長度不大于1m。

圖5給出了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的配置實(shí)例。

圖5，用于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的一般試驗(yàn)配置

I一耦合夾與EUT之間的距離，不應(yīng)大于1m；

（A）一電源線耦合位置；(B)一信號線耦合位置

3. 試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)的步驟包括：實(shí)驗(yàn)室參比條件的檢驗(yàn)、設(shè)備正常運(yùn)行的初步檢驗(yàn)、進(jìn)行試驗(yàn)、試驗(yàn) 結(jié)果的評價。

(1)    實(shí)驗(yàn)室參比條件

為了盡量減小環(huán)境參數(shù)對試驗(yàn)結(jié)果的影響，應(yīng)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(yàn)。實(shí)驗(yàn)室的電磁條件應(yīng)能保證對式設(shè)備正常工作。

(2)    進(jìn)行試驗(yàn)

應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)計劃進(jìn)行試驗(yàn)，包括對技術(shù)規(guī)范所規(guī)定的受試設(shè)備性能的檢驗(yàn)。試驗(yàn)計劃應(yīng) 包括將要進(jìn)行的試驗(yàn)的類型，試驗(yàn)等級，試驗(yàn)電壓的極性，內(nèi)部或外部發(fā)生器激勵，試驗(yàn)的 持續(xù)時間（不少于1mm），施加試驗(yàn)電壓的次數(shù)，待試驗(yàn)的受試設(shè)備端口，受試設(shè)備的典型 工作條件，依次對受試設(shè)備各端口或?qū)ν瑢儆趦蓚€以上電路的電纜等施加試驗(yàn)電壓的順序， 輔助設(shè)備。

(3)    試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)報告

由于受試設(shè)備和系統(tǒng)的多樣性和差異性，確定試驗(yàn)對設(shè)備和系統(tǒng)的影響變得比較困難。 試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)該按受試設(shè)備的運(yùn)行條件和功能規(guī)范進(jìn)行如下分類。

a．  在技術(shù)要求限值內(nèi)性能正常。

b．  功能或性能暫時降低或喪失，但能自行恢復(fù)。

c．  功能或性能暫時降低或喪失，但需操作者干預(yù)或系統(tǒng)復(fù)位。

d．  因設(shè)備（元件〕或軟(射員壞或數(shù)據(jù)丟失造成不能自行恢復(fù)至正常狀態(tài)的功能降低或喪失。 一般地，如果設(shè)備在整個試驗(yàn)期間顯示其抗擾度，且在試驗(yàn)結(jié)束后受試設(shè)備滿足技術(shù)規(guī) 范中的功能要求，則表明試驗(yàn)合格。