淺談電涌保護(hù)器CNAS能力驗證的指導(dǎo)意義

李 斌 竇俊杰（德州市氣象局）

淺談電涌保護(hù)器CNAS能力驗證的指導(dǎo)意義

李 斌 竇俊杰
（德州市氣象局）

摘 要：中國合格評定國家認(rèn)可委員會（CNAS）已將電涌保護(hù)器列入能力驗證計劃，對參與這項計劃的實驗室開展電涌保護(hù)器的殘壓測試的能力驗證活動，引起電涌保護(hù)器行業(yè)的高度重視。該能力驗證計劃對提高電涌保護(hù)器的研發(fā)水平和品質(zhì)控制，提高雷電防護(hù)行業(yè)規(guī)范有序推進(jìn)有積極的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：能力驗證；電涌保護(hù)器；殘壓測試

1　能力驗證概述

能力驗證（Proficiency Testing）是利用實驗室間比對來判定實驗室和檢查機(jī)構(gòu)能力的活動，也是認(rèn)可機(jī)構(gòu)加入和維持國際相互承認(rèn)協(xié)議（MRA）的必要條件之一。

CNAS根據(jù)國際實驗室認(rèn)可合作組織（ILAC）、亞太實驗室認(rèn)可合作組織（APLAC）的相關(guān)要求制定了能力驗證政策和要求，組織開展能力驗證活動并參加國際能力驗證計劃。尋求CNAS認(rèn)可和已獲準(zhǔn)認(rèn)可的機(jī)構(gòu)必須滿足CNAS的能力驗證相關(guān)政策，并按照CNAS能力驗證領(lǐng)域、頻次要求參加CNAS組織或承認(rèn)的能力驗證活動，包括能力驗證計劃、實驗室間比對和測量審核活動。

CNAS按照ISO/IEC 17043等國際通行要求開展能力驗證活動。實驗室和檢查機(jī)構(gòu)等可以通過利用能力驗證這種外部質(zhì)量保證（EQA）工具，識別與同行機(jī)構(gòu)之間的差異，補(bǔ)充其內(nèi)部質(zhì)量控制技術(shù)，為自身的持續(xù)改進(jìn)和質(zhì)量管理提供信息；實驗室的用戶、監(jiān)督和管理機(jī)構(gòu)、評價機(jī)構(gòu)等可通過利用CNAS能力驗證結(jié)果，判斷實驗室和檢查機(jī)構(gòu)等是否具有從事校準(zhǔn)/檢測活動的能力，以及監(jiān)控他們能力的持續(xù)狀況。

CNAS能力驗證的作用和意義表現(xiàn)在兩個方面：對認(rèn)可機(jī)構(gòu)來講這是評價實驗室技術(shù)能力的重要技術(shù)方法之一，也是判斷和監(jiān)控實驗室能力的有效手段；對實驗室來講通過能力驗證來滿足認(rèn)可機(jī)構(gòu)和有關(guān)管理機(jī)構(gòu)的要求，是推進(jìn)實驗室自身建設(shè)，并進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量控制的有效手段，同時，也是向用戶說明所

擁有技術(shù)能力的不可或缺的依據(jù)。

能力驗證標(biāo)志為：

2　能力驗證主要概念

《能力驗證規(guī)則》CNAS?RL02中明確了能力驗證活動包括計劃、對比、審核等三個環(huán)節(jié)的主要概念。

1）能力驗證：利用實驗室間比對確定實驗室的校準(zhǔn)、檢測能力或檢查機(jī)構(gòu)的檢測能力。

2）能力驗證活動：用于監(jiān)控實驗室能力的任何實驗室間比對或測量審核，例如由國家或區(qū)域的認(rèn)可機(jī)構(gòu)、合作組織、政府、行業(yè)組織或提供正式能力驗證計劃的商業(yè)提供者運(yùn)作的實驗室間比對和測量審核。

3）能力驗證計劃：為保證實驗室在特定檢測、測量或校準(zhǔn)領(lǐng)域的能力而設(shè)計和運(yùn)作的實驗室間比對。

4）實驗室間比對：按照預(yù)先規(guī)定的條件，由兩個或多個實驗室對相同或類似被測物品進(jìn)行校準(zhǔn)/檢測的組織、實施和評價。

5）測量審核：實驗室對被測物品（材料或制品）進(jìn)行實際測試，將測試結(jié)果與參考值進(jìn)行比較的活動。

按此規(guī)則描述，能力驗證又可分為兩個階段，拓?fù)淙鐖D1所示。

3　能力驗證內(nèi)容和流程

3.1 能力驗證內(nèi)容

中國家用電器研究院作為CNAS認(rèn)可的能力驗證提供者，確定了2015年度實施的六項能力驗證計劃，首次將電涌保護(hù)器（SPD）的殘壓測試（CHEARI?PT016）納入了能力驗證項目。詳見表1。

圖1　能力驗證拓?fù)鋱D

表 1

3.2 能力驗證流程（見圖2）

圖2　能力驗證流程圖

4　殘壓測試的基本含義

殘壓（Residual voltage）的定義是指放電電流流過電涌保護(hù)器（SPD）時，在其端子間產(chǎn)生的電壓峰值（詳見GB 18802.1—2011 3.17），英文：Ures。電涌保護(hù)器（SPD）的殘壓測試（CHEARI?PT016）能力驗證，通常由權(quán)威的測試機(jī)構(gòu)提供標(biāo)準(zhǔn)測試樣品和規(guī)定波形（幅值）、參考測試數(shù)據(jù)和分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)。測試（或測量）按照GB 18802.1—2011/7.5.2條款執(zhí)行。

雷電防護(hù)分為內(nèi)部防護(hù)和外部防護(hù)兩個層次，電涌保護(hù)器（SPD）是內(nèi)部防護(hù)的重要的部件。電涌保護(hù)器（SPD）在待機(jī)狀態(tài)下，呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，不應(yīng)影響低壓配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，當(dāng)雷電流襲擾時，電涌保護(hù)器（SPD）便呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，釋放雷電流，并將過電壓嵌在一定的安全范圍之內(nèi)。電涌保護(hù)器（SPD）運(yùn)用了非線性元件物理特性達(dá)到保護(hù)用電設(shè)備的目的。

電涌保護(hù)器的殘壓值，表征了電涌保護(hù)器（SPD）限制電壓的高低，可確定電涌保護(hù)器（SPD）的電壓保護(hù)水平（Up）。筆者認(rèn)為，殘壓測試的基本含義就是測試（或測量）電涌保護(hù)器（SPD）的限制電壓，限制電壓（Measured Limiting Voltage）是指施加規(guī)定波形和幅值的沖擊時，在SPD接線端子間測得的最大電壓峰值（詳見GB18802.1—2011 3.16）。殘壓（Ures）描述了電涌保護(hù)器（SPD）在放電電流流過時，在其端子間必然會產(chǎn)生一個電壓峰值的物理現(xiàn)象，限制電壓則是在一定的電應(yīng)力作用下，電涌保護(hù)器（SPD）限壓的實際值。CNAS能力驗證應(yīng)該就是取到各實驗室所測的這個限制電壓值數(shù)據(jù)，進(jìn)行比對、審核。

5　殘壓測試的技術(shù)要點

電涌保護(hù)器（SPD）的殘壓測試的能力驗證，是通過對比各實驗室數(shù)據(jù)，并與專業(yè)的測試機(jī)構(gòu)提供的參考值進(jìn)行數(shù)據(jù)審核。《能力驗證結(jié)果的統(tǒng)計處理和能力評價指南》（CNAS?GL02）規(guī)定了能力驗證的統(tǒng)計處理和測量審核的方法。

5.1 正態(tài)分布（見圖3）

圖3　正態(tài)分布圖

5.2 測量比對

穩(wěn)健統(tǒng)計比分值，Z比分值計算

En比率來評定某一實驗室的每一個單獨結(jié)果，En值計算式中，xLAB為參加實驗室的結(jié)果；xREF為參考實驗室的結(jié)果；ULAB為參加實驗室報告的不確定度（如是認(rèn)可項目，即為認(rèn)可的不確定度）；UREF為參考實驗室報告的不確定度。ULAB和UREF的置信水平為95%。

5.3 審核判定

（1）Z比分值

Z≤2滿意結(jié)果

2＜Z＜3有問題或可疑結(jié)果

Z≥3不滿意或離群的結(jié)果（2）En值

En≤1滿意結(jié)果

En＞1不滿意結(jié)果

5.4 技術(shù)要點分析

（1）波形校驗

能力驗證殘壓測試8/20波形應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)校驗，如圖4所示。

8/20的波形校驗時，波頭時間允差范圍越小越好，盡量與提供的參考值接近。這與測試設(shè)備計算精度有關(guān)，測試時應(yīng)反復(fù)調(diào)整，力求設(shè)備精度在可接受的范圍內(nèi)，校驗確實有一定的難度，它與實際測試結(jié)果密切相關(guān)。

圖4　能力驗證殘壓測試8/20波形圖

（2）通流量的校驗

假如規(guī)定的波形和幅值為標(biāo)稱放電電流In取20kA，同樣，其允差范圍也是越小越好，標(biāo)稱放電電流In最好能接近20.00kA。這是考核測試的精度，需要反復(fù)調(diào)整沖擊電流設(shè)備的高壓輸出值，其難度也是不小的，幾百安的電流偏離，直接影響測試結(jié)果。通流量校驗時，還應(yīng)將電流互感器計量考核在內(nèi)。

（3）采樣部件的校驗

采樣部件包括電流互感器、電壓采集器（高壓探頭或分壓器）、示波器、PC（計算軟件）。據(jù)了解目前各SPD實驗室主要差異在電壓采集器部件上。而電壓采集器又是測量SPD殘壓值核心部件，因此，該部件的校驗是避免系統(tǒng)性誤差的關(guān)鍵所在。分壓器與高壓探頭的區(qū)別在于其內(nèi)在阻抗的存在，而且這一阻抗的大小由于受分布參數(shù)的影響難以控制測量的誤差。權(quán)威測試機(jī)構(gòu)一般都采用高壓探頭。因此，假如實驗室對分壓器的阻抗能夠有效控制，測試/測量的誤差風(fēng)險就小一點，若不能建立有效的控制機(jī)制，那最好采用與權(quán)威測試機(jī)構(gòu)一致的采樣部件。

分壓器與高壓探頭的殘壓（Ures）測試/測量比較如表2所示。

同樣的標(biāo)準(zhǔn)試品，不同的采樣方式，偏離比值只有2號試品相對接近，殘壓值偏離比值＜2%。由此可見，統(tǒng)一采樣部件還是很重要的。

5.5 接地電阻的校驗

電流沖擊試驗設(shè)備的接地電阻應(yīng)符合設(shè)計要求，接地電阻偏離，也會影響到殘壓測試的準(zhǔn)確度。在正式測試/測量之前，對接地電阻做好測定工作，并做好記錄，以便于分析。

表2　分壓器與高壓探頭的殘壓（Ures）測試/測量比較表

6　CNAS能力驗證的風(fēng)險評估

由于能力驗證是采用各參加實驗室的測試數(shù)據(jù)的比對的一種活動。正態(tài)分布圖的μ值，不是事先約定的，而是加權(quán)平均計算而來。由于各種客觀原因，實驗室系統(tǒng)誤差必然存在，還有各實驗室的測試人員的熟練程度等人為因素，也會導(dǎo)致測試/測量數(shù)據(jù)的偏離。這些都會影響到比對的最終結(jié)果。CNAS能力驗證的風(fēng)險確實存在不可預(yù)測性。

這就要求參加CNAS能力驗證活動的各實驗室，一定要以認(rèn)真的態(tài)度，高度負(fù)責(zé)的精神，把握好測試/測量過程中的每個細(xì)節(jié)，確保所提供的測試/測量數(shù)據(jù)能夠反映電涌保護(hù)器（SPD）實驗室真實水平。也可以在正式測試之前，按參考值來進(jìn)行自我比對和校驗，也許能將風(fēng)險降到最低。

7　CNAS能力驗證的指導(dǎo)意義

隨著國家行政管理體制和方式改進(jìn)步伐的加快，負(fù)面清單和市場化的監(jiān)管模式漸露雛形。對雷電防護(hù)電涌保護(hù)器（SPD）來講，也在發(fā)生深刻的變化，從行政管理逐步轉(zhuǎn)向市場化管理，從粗曠式管理逐步轉(zhuǎn)向精細(xì)化管理。作為電涌保護(hù)器制造商需要不斷適應(yīng)這種行業(yè)管理模式。

20多年來，電涌保護(hù)器（SPD）在雷電防護(hù)的實踐中發(fā)揮了不小的作用。電涌保護(hù)器（SPD）制造商為滿足雷電防護(hù)市場的需求，提供了不同類型、不同規(guī)格的產(chǎn)品，也建立各自的實驗室，確保了產(chǎn)品的安全性和可靠性。但是，在如此眾多的制造商中，也難免存在魚龍混雜的現(xiàn)象。有的企業(yè)雖然購置了沖擊電流等電涌保護(hù)器（SPD）所必需的相關(guān)設(shè)備，但日常維護(hù)和使用是否正常，測試/測量精度是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，都存在不確定因素。

首次開展的電涌保護(hù)器（SPD）CNAS能力驗證活動，是對電涌保護(hù)器行業(yè)一次大檢閱。對雷電防護(hù)行業(yè)的指導(dǎo)意義極為明顯。

1）推動了電涌保護(hù)器（SPD）行業(yè)的整體研發(fā)水平和質(zhì)量控制能力進(jìn)一步提高。

2）推動了電涌保護(hù)器（SPD）乃至雷電防護(hù)市場進(jìn)一步規(guī)范，作為電涌保護(hù)器（SPD）制造商，不具備研發(fā)驗證和質(zhì)量控制的必要設(shè)備，或者不具備測試/測量的應(yīng)有能力，就難以被用戶所接受，企業(yè)的市場可信度和客戶的忠誠度將會大大降低。

3）推動了電涌保護(hù)器（SPD）行業(yè)管理模式的進(jìn)一步提升。

8　結(jié)束語

電涌保護(hù)器（SPD）CNAS的能力驗證對各制造商實驗室的能力和水平確實是一個大考驗。作為氣象部門應(yīng)該關(guān)注和積極參與這次活動，也希望在不久的將來，針對電涌保護(hù)器（SPD）增加更多的CNAS能力驗證項目，推動電涌保護(hù)器（SPD）行業(yè)在雷電防護(hù)事業(yè)中發(fā)揮更大的作用。

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收稿日期：（2015-06-22）