浪涌抗扰度(Surge)测试资料(共27页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上浪涌抗扰度(Surge)测试专心-专注-专业浪涌(冲击)抗扰度(Surge)1.浪涌(冲击)抗扰度试验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(冲击)抗扰度试验就是模拟带来的干扰影响,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浪涌(冲击)抗扰度试验目的 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(
2、冲击)时的性能。本标准规定了一个一致的试验方法,以评定设备或系统对规定现象的抗扰度。1.3浪涌(冲击)抗扰度试验应用场合 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,具有基础EMC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1.2/50s开路电压波形、8/20s短路电流波形或10/700s开路电压波形、5/320s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
3、.5(浪涌发生器的)等效输出阻抗 开路电压峰值与短路电流峰值的比值。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(10%)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。1.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)
4、 浪涌电压不能超过25V。 1类:有部分保护的电气环境 所有引入室内的电缆都有过电压保护(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
5、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。互连电缆可以有一部分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
6、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,没有系统性结构的接地网,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)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。X类:在产品技术要求中规定的特殊环境。浪涌
7、(信号发生器)与安装类别的关系如下:14类:1.2/50s(80/20s)第5类:对电源线端口和短距离信号电路/线路端口:1.2/50s(80/20s)15类:对对称通信线路:10/700s(5/320s)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10/700s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1.2/50s的组合波信号发生器。4.1 1.2/50s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
8、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1.2s;开路电压半峰值时间50s;短路电流波前时间8s;短路电流半峰值时间20s。图1为1.2/50s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1.2/50s的电压浪涌(开
9、路状态下)和8/20s的电流浪涌(短路情况)。U高压源;Rc充电电阻;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(1.2/50s8/20s) 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。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
10、:见图3和表2;短路输出电流容差:见表3;等效输出阻抗:2 10%;短路电流峰值和开路电压峰值的关系见表3。应该使用输出端浮地的信号发生器。表2波形参数的定义 1.2/50s8/20s定义根据GB/T16927.1根据IEC60469-1波前时间s半峰值时间s上升时间(10%90%)s持续时间(50%50%)s开路电压1.230%5020%130%5020%短路电流820%2020%6.420%1620%注:在现行IEC出版物中,1.2/50s和8/20s波形通常按GB/T16927.1规定,如图2和图3所示。其他的IEC推荐标准按IEC60469-1规定波形,如表2所示。本标准两种规定都是有
11、效的,但所指的是同一信号发生器。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%0.5kV0.25kA1.0kV0.5kA2.0kV1.0kA4.0kV2.0kA波前时间:T1=1.67T=1.2s30%半峰值时间:T2=50s20%注:耦合/去耦网络输出端的开路电压波形可能存在较大的下冲,基本上同图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(1.2/50s)(按GB/T16927.1的波形规定)波前时间:T1=1.25T=8s20%半峰值时间:T2=20s20%注:30%的下冲规定只适用于信号发生器的输出端。在耦合/去耦网络的输出端,没有下冲或过冲
12、的限制。图3未连接CDN的信号发生器输出端的短路电流波形(8/20s)(按GB/T16927.1的波形规定)4.210/700s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10s;开路电压半峰值时间700s。图4为10/700s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10/700s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(10/700s-5/320s)(根据ITU K系列标准)信号发生器的特征与性能极性:正/负;重
13、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5;短路输出电流峰值:与电压峰值相关(见表4和表5);短路输出电流容差:见表5;等效输出阻抗:40 10%(仅对信号发生器的输出端)。注:等效输出阻抗通常包括内部电阻Rm1(15)和Rm2(25)。电阻Rm2可以被旁路、并联或短路,当用于多路耦合时,可被外部耦合电阻代替,见图14。波前时间:T1=1.67T=10s30%半峰值时间:T2=700s20%图5开路电压波形(10/700s)(按GB/T16927.1的波形规定)波前时间:T1=1.25T=5s20%半峰值时
14、间:T2=320s20%注:在GB/T16927.1中,波形规定为5/320s,而在IEC60469-1中规定为4/300s。另外,这个波形是在图4开关S1打开情况下测量的。图6短路电流波形(5/320s)(按GB/T16927.1的波形规定)表4波形参数的定义10/700s5/320s定义根据ITU-TK系列和GB/T16927.1根据IEC60469-1波前时间s半峰值时间s上升时间(10%90%)s持续时间(50%50%)s开路电压1030%70020%6.530%70020%短路电流520%32020%420%30020%注:在现行IEC和ITU-T出版物中,10/700s波形通常按G
15、B/T16927.1规定,如图5和图6所示。其他的IEC推荐标准按IEC60469-1规定波形,如表4所示。本标准两种规定都是有效的,但所指的是同一信号发生器。表5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%0.5kV12.5A1.0kV25A2.0kV50A4.0kV100A注:在图4开关S1打开情况下测量短路电流峰值。短路电流峰值和开路电压峰值的关系见表54.3耦合/去耦网络每个耦合/去耦网络(CDN)都包括去耦网络和耦合元件,示例见图7到图15。图7交/直流线上电容耦合的试验配置实例;线-线耦合(见7.2)图8交/直流线上电容耦合的试验配置实例;线-地耦合(见7.
16、2)图9交流线(三相)上电容耦合的试验配置实例;线L3-线L1耦合(见7.2)图10交流线(三相)上电容耦合的试验配置实例;线L3-地耦合(见7.2)1开关)S1:线-地,置于“0”;线-线,置于“1”“4”。2)开关S2:试验时置于“1”“4”,但与S1不在相同的位置。3)L=20mH,RL为L的电阻部分。图11非屏蔽不对称的互连线配置实例;线-线/线-地耦合(见7.3),用电容耦合4)开关S1:线-地,置于“0”;线-线,置于“1”“4”。5)开关S2:试验时置于“1”“4”但与S1不在相同的位置。6)L=20mH,RL为L的电阻部分。图12非屏蔽不对称的互连线配置实例;线-线/线-地耦合
17、(见7.3),用气体放电管耦合 7)开关S1:线-地,置于“0”;线-线,置于“1”“4”。8) 开关S2:试验时置于“1”“4”但与S1不在相同的位置。9) L=20mH,RL为L的电阻部分。图13 非屏蔽不对称的互连线配置实例;线-线/线-地耦合(见7.3),用耦合电路耦合使用XWG(1.2/50s信号发生器)时Rm2的计算;例如:n4Rm24x40=160,最大250。使用XWG(10/700s信号发生器)时Rm2的计算;内部阻抗Rm2(25)由外部阻抗Rm2=nx25代替(对于n个导体,n等于或大于2)例如:n4Rm24x25=100,Rm2不应超过250。L=20mH,图中所示的4个
18、扼流线圈可能全部或仅仅两个有效。RL的值取决于传输信号允许的衰减。图14非屏蔽对称工作互连线(通信线)试验配置示列,线-地耦合(见7.4),用气体放电管耦合注1L2是4匝的电流抑制线圈,防止给模拟电路供电时产生饱和。并且,L2应该有较低的阻抗;例如:1,并接到L2的阻抗也许降低整个阻抗。注2RA和RB的阻抗应尽可能低,以防止形成共振或冲击。注3RC和RD是80的绝缘隔离电阻。注4由于电感很容易饱和,对于10/700s的波形建议不使用本耦合去耦网络图15使用1.2/50s浪涌波的对称高速通信线的耦合去耦网络的配置实例在交流或直流电源线上,去耦网络提供较高的阻抗以阻止浪涌波形,同时允许交流和直流电
19、供给EUT。这个阻抗允许电压波形施加到耦合/去耦网络的输出端,并防止浪涌电流返回到交流或直流电源。采用适当大小的高压电容作为耦合元件,可以使全部持续时间的浪涌耦合到EUT。用于交流或直流电源线的耦合/去耦网络,应使开路电压波形和短路电流波形满足表6和表7的容差要求。表6耦合/去耦网络EUT端口的电压波形规格开路条件下的浪涌电压参数耦合阻抗18F9F+10波前时间1.2s30%1.2s30%半峰值时间:额定电流25A的耦合/去耦网络,为了防止其造成过多的电压下降,去耦元件的值通常须减小。在这种情况下,开路电压波形的半峰值时间也可能减小,见表6和表7。 注:对于额定输入电流大于100A的EUT,浪
20、涌不通过耦合/去耦网络直接施加到未加电的EUT上,是唯一可行的试验方法。本标准第9条的性能判据只适用于EUT通电的情况,如果EUT在不通电的情况下进行试验,应在试验结束后开机,用第9条的性能判据d进行判定。如果EUT(如独立的控制单元)由于电源电流要求大于100A而不可能对整个系统进行试验,那么局部的试验也是可以接受的。 当EUT没有连接时,在去耦网络电源输入端上的残余浪涌电压不应超过所施加试验电压的15%或耦合/去耦网络额定电压峰值的两倍,两者中取较大者。 当EUT没有连接且耦合/去耦网络输入端开路时,在未施加浪涌线路上的残余浪涌电压不应超过最大可施加电压的15%。上述单相(相线、中线、保护
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