浪涌發(fā)生器校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的最新發(fā)展研究

肖娜麗,沈明炎，張杰梁，姜蘇娜（福建省計量科學(xué)研究院，福建 福州 350003）

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浪涌發(fā)生器校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的最新發(fā)展研究

肖娜麗,沈明炎，張杰梁，姜蘇娜
（福建省計量科學(xué)研究院，福建 福州 350003）

摘要：文中深入研究了關(guān)于浪涌發(fā)生器校準(zhǔn)的最新國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-4-5 ed3.0，并與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)在波形參數(shù)定義、互連線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)輸出端電流限值的調(diào)整等方面作了比較。以IEC 61000-4-5 ed3.0為理論基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)狀，指出現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)不能滿足日益發(fā)展的指標(biāo)要求，為浪涌發(fā)生器校準(zhǔn)提供技術(shù)參考，對避免不必要的結(jié)果誤判具有重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：國際標(biāo)準(zhǔn)；波形參數(shù)；互連線；耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)；電流

沈明炎，男，福建省計量科學(xué)研究院，工程師，碩士

張杰梁，男，福建省計量科學(xué)研究院，工程師，碩士

姜蘇娜，女，福建省計量科學(xué)研究院，助理工程師，碩士

1　引言

目前，我國浪涌發(fā)生器校準(zhǔn)的主要依據(jù)是現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17626.5-2008《電磁兼容 試驗和測量技術(shù) 浪涌（沖擊）抗擾度試驗》，其中針對浪涌發(fā)生器的校準(zhǔn)要求與國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-4-5：2005一致；而國內(nèi)尚無與2014年最新修訂、編號為IEC 61000-4-5 ed3.0的國際標(biāo)準(zhǔn)相對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，即現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)相對滯后，已經(jīng)無法滿足近幾年新生產(chǎn)的國內(nèi)外浪涌發(fā)生器校準(zhǔn)指標(biāo)的要求，從而導(dǎo)致部分浪涌發(fā)生器校準(zhǔn)結(jié)果被誤判。因此，有必要深入研究最新國際標(biāo)準(zhǔn)的定義和方法，保證浪涌發(fā)生器校準(zhǔn)工作的科學(xué)性。

文中深入研究最新國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-4-5 ed3.0，對波形參數(shù)定義、互連線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)輸出端電流限值的調(diào)整等方面的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行深入解讀，對與現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)不同之處進(jìn)行分析，為浪涌發(fā)生器校準(zhǔn)提供參考依據(jù)。

2　波形參數(shù)定義的變化

GB/T 17626.5-2008標(biāo)準(zhǔn)引用了兩套參數(shù)對浪涌發(fā)生器的波形進(jìn)行描述：（1）IEC 60060-1標(biāo)準(zhǔn)中的波前時間和半峰值時間；（2）IEC 60469-1標(biāo)準(zhǔn)中的上升時間和持續(xù)時間。IEC 60060-1標(biāo)準(zhǔn)中采用虛擬起點(diǎn)定義半峰值時間和波前時間 [1,2]。而IEC 61000-4-5 ed3.0標(biāo)準(zhǔn)僅采用波前時間和持續(xù)時間兩個波形參數(shù)進(jìn)行描述，不再引用半峰值時間和上升時間這兩個波形參數(shù)[3]。該標(biāo)準(zhǔn)取消了虛擬起點(diǎn)，減少試驗過程中尋找虛擬起點(diǎn)的難度及人為誤差，提高了各個試驗室校準(zhǔn)結(jié)果的一致性和可重復(fù)性。圖1、圖2直接反映新舊標(biāo)準(zhǔn)波形定義的變化。

圖1　GB/T 17626.5-2008中1.2/50μs開路電壓波形定義圖示

圖2　IEC 61000-4-5 ed3.0中1.2/50μs開路電壓波形定義圖示

值得注意的是，IEC 61000-4-5 ed3.0所采用的波形參數(shù)均為虛擬參數(shù)。如持續(xù)時間不再是傳統(tǒng)意義上電壓（或電流）上升到50%峰值和下降到50%峰值兩點(diǎn)間的時間間隔，而是該時間間隔乘以經(jīng)驗系數(shù)。以下為發(fā)生器輸出端浪涌電壓和浪涌電流時間的參數(shù)定義：

2　互連線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)的波形參數(shù)

現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)給出了交/直流耦合去耦網(wǎng)絡(luò)校準(zhǔn)的波形參數(shù)，而對互連線耦合去耦網(wǎng)絡(luò)的類型、阻抗、去耦電感僅是簡單描述，因此無法依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)對其特性進(jìn)行校準(zhǔn)。IEC 61000-4-5 ed3.0新增了互連線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)特性的參數(shù)定義，以下對該類網(wǎng)絡(luò)的波形參數(shù)及校準(zhǔn)方法進(jìn)行具體分析：

2.1 不對稱互連線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)的校準(zhǔn)

進(jìn)行不對稱互連線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)校準(zhǔn)時，對耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)施加額定電壓，根據(jù)表1進(jìn)行設(shè)置，在EUT輸出端測量峰值電壓（電流）、波前時間、持續(xù)時間。當(dāng)次測量應(yīng)將脈沖施加于一個耦合路徑且用于連接輔助設(shè)備的去耦網(wǎng)絡(luò)輸入端應(yīng)接地。

表1　不對稱互連線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)校準(zhǔn)概述

上述耦合方法對電壓、電流波形有影響，表2和表3定義了該校準(zhǔn)的參數(shù)及容差范圍。

表2　不對稱互連線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)的EUT端口的浪涌電壓波形參數(shù)

表3　不對稱互連線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)EUT端口的浪涌電流波形參數(shù)

2.2對稱互連線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)的校準(zhǔn)

進(jìn)行對稱互連線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)校準(zhǔn)時，對耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)施加額定電壓，根據(jù)表4進(jìn)行設(shè)置，在EUT輸出端測量峰值電壓（電流）、波前時間、持續(xù)時間。用于連接輔助設(shè)備的去耦網(wǎng)絡(luò)輸入端應(yīng)接地。建議不同端口間都要進(jìn)行開路電壓測量。對線之間的不同電壓會對運(yùn)行在高平衡網(wǎng)絡(luò)的EUT 產(chǎn)生誤判。該值的限值取決于EUT。

表4　對稱互連線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)校準(zhǔn)概述

上述耦合方法對電壓、電流波形均有影響，表5和表6定義了該校準(zhǔn)的參數(shù)及容差范圍。

表5　對稱互連線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)EUT端口的浪涌電壓波形參數(shù)

表6　對稱互連線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)EUT端口的浪涌電流波形參數(shù)

在使用以上設(shè)置進(jìn)行校準(zhǔn)時，需注意以下四點(diǎn)：

（1）建議在最大額定脈沖電壓下校準(zhǔn)耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)，可將箝位設(shè)備和避雷器產(chǎn)生的開關(guān)噪聲的影響降到最小。表3中所示發(fā)生器設(shè)置為4kV，若耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)的最大額定脈沖電壓是其他值，則校準(zhǔn)應(yīng)在最大額定脈沖電壓下進(jìn)行，短路峰值電流參數(shù)也相應(yīng)調(diào)整。例如：最大電壓為1kV，則短路電流值應(yīng)為表中幅值乘以1/4。該校準(zhǔn)方法也適用于根據(jù)表6校準(zhǔn)的對稱互連線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)。例如：最大電壓為4kV，則短路電流值應(yīng)為表中幅值乘以2。

（2）通過避雷器、箝位器件或雪崩器件耦合會在脈沖波形上疊加一些開關(guān)噪聲。通過使用盡可能高的脈沖電壓減少它們對測量結(jié)果的影響；建議在測量過程忽略開關(guān)噪聲對波前時間和持續(xù)時間值的影響。

（3）表2、表3和表5、表6給出的值組合波發(fā)生器的理想值。如果組合波發(fā)生器產(chǎn)生的參數(shù)值接近臨界值，加上耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)后其偏差可能會超出CWG-CDN組合后的允許范圍。

（4）應(yīng)根據(jù)電路的功能以及運(yùn)行狀態(tài)來選擇對稱互連線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)的耦合方法，同時要保證其脈沖參數(shù)符合表6的要求。

3　耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)電流限值的調(diào)整

電源線的浪涌測試通常采用電容耦合的方式，通過18μF電容將浪涌信號施加到電源線相線與相線之間模擬線-線耦合；通過9μF電容和10Ω電阻將浪涌信號施加在電源線相線與地線之間模擬線-地耦合[4]?，F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)僅給出了100A以下的耦合去耦網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)限值，且規(guī)定額定電流大于25A的耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)可適當(dāng)放大限值。該規(guī)定已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代大電流電子產(chǎn)品的需求，以下對IEC 61000-4-5 ed3.0：2014中耦合去耦網(wǎng)絡(luò)電流限值調(diào)整的具體分析：

3.1用于200A以下的耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)

對于額定電流大于16A的耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)，為了防止其造成不必要的壓降，可減少去耦元件的值。因此，大限值范圍的電壓定義是可接受的，峰值電壓和開路電壓持續(xù)時間可在無負(fù)載條件下根據(jù)表7的范圍進(jìn)行測量。隨著社會發(fā)展、技術(shù)革新，大電流電子電器產(chǎn)品需求量增大，故在IEC 61000-4-5 ed3.0：2014中，不僅調(diào)整了額定電流的分段節(jié)點(diǎn)及上下限，也將電流上限從100A提高至200A。

表7　耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)EUT端口的電壓參數(shù)

大電流儀器所表現(xiàn)的低阻抗特性使得浪涌接近短路電流的環(huán)境，因此大電流耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)的電流波形參數(shù)的校準(zhǔn)尤為重要。其技術(shù)參數(shù)及容差可見表8。

表8　耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)的EUT端口的電流參數(shù)

3.2 200A以上將浪涌施加到線上的耦合/去耦方式

由于大電流EUT呈低阻抗特性，使得大部分的浪涌能量被浪涌發(fā)生器的輸出阻抗所吸收?？紤]內(nèi)置浪涌保護(hù)裝置的作用，若浪涌足夠大到使浪涌保護(hù)裝置工作，浪涌保護(hù)裝置性能良好的情況下可吸收大部分浪涌能量；若浪涌電壓低于浪涌保護(hù)裝置的啟動閾值，則全部的浪涌都將流入EUT。

大電流EUT測試時可采用電容耦合的耦合網(wǎng)絡(luò)；去耦網(wǎng)絡(luò)由提供足夠電感的單扼流線圈或一條足夠長的線纜（假設(shè)一條1m長的直電線為1μH）組成。表9給出了建議的電感值。值得注意的是測試三相電源系統(tǒng)時，若EUT每個相線的額定電壓超過415V，則供電電壓可能損壞浪涌發(fā)生器，耦合元件的工作電壓應(yīng)大于等于EUT的額定電壓。

表9　去耦線的建議電感值（＞200A）

4　結(jié)束語

文中通過比較關(guān)于浪涌發(fā)生器校準(zhǔn)的最新國際標(biāo)準(zhǔn)與國內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，對波形參數(shù)定義、互連線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)輸出端電流限值的調(diào)整等方面作了詳細(xì)的分析。以IEC 61000-4-5 ed3.0標(biāo)準(zhǔn)為理論依據(jù)，結(jié)合國內(nèi)浪涌發(fā)生器的校準(zhǔn)現(xiàn)狀，指出浪涌發(fā)生器技術(shù)參數(shù)上的發(fā)展，避免因標(biāo)準(zhǔn)滯后產(chǎn)生不必要的結(jié)果誤判，同時也建議生產(chǎn)商根據(jù)最新的國際標(biāo)準(zhǔn)合理調(diào)整產(chǎn)品參數(shù)，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T 17626.5-2008.電磁兼容 試驗和測量技術(shù)浪涌(沖擊)抗擾度試驗[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009-01-01.

[2]IEC 61000-4-5 ed2.0.Electromagnetic Compatibility(EMC)- PART 4-5:Testing and Measurement Techniques –Surge Immunity Test[S],2005.

[3]IEC 61000-4-5 ed3.0.Electromagnetic Compatibility(EMC)- PART 4-5:Testing and Measurement Techniques –Surge Immunity Test[S],2014.

[4]劉維嘉.IEC浪涌測試標(biāo)準(zhǔn)新發(fā)展[J].電子質(zhì)量.2012,(12):66-69.

Research on the New Progress of Standard for the Calibration of Surge Generators

XIAO Na-Li, SHEN Ming-Yan, ZHANG Jie-Liang, JIANG Su-Na
(Fujian Institute of Metrology, Fuzhou 350003,Fujian,China)

Abstract:The thesis lucubrates the latest international standard IEC 61000-4-5 ed3.0 which is about the calibration of surge generators by comparing the domestic current standards, including the definition of waveform parameters, specifications of coupling/decoupling network for interconnection lines, adjustments of current range for coupling/decoupling network ports, etc.Based on the theory of IEC 61000-4-5 ed3.0 and combined with the status quo, the thesis points out that the current standard can’t meet the developing index requirements, provides technical reference for the surge generator calibration, avoids unnecessary results misjudgment which has important practical significance.

Key Words:International standards;Waveform parameters;Interconnection lines;Coupling/decoupling network;Current

作者簡介：肖娜麗，女，福建省計量科學(xué)研究院，工程師，碩士

收稿日期：2015-12-31