使用EXCEL制作浪涌試驗(yàn)用時(shí)計(jì)算器

魏景鋒 趙佳洋 趙旭 遼寧省醫(yī)療器械檢驗(yàn)檢測(cè)院 （遼寧 沈陽(yáng) 110171）

內(nèi)容提要：通過分析浪涌試驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試方法，總結(jié)出變量參數(shù)及計(jì)算公式。使用EXCEL的表格計(jì)算公式制作出浪涌試驗(yàn)耗時(shí)計(jì)算器，提高相應(yīng)試驗(yàn)的工作效率。

隨著醫(yī)用電氣設(shè)備的信息技術(shù)和集成度的不斷提高，在其所處的環(huán)境內(nèi)，由于自然界雷電直接注入建筑物外部及附近大地，或者雷電的間接感應(yīng)，又或者由于電力系統(tǒng)內(nèi)開關(guān)操作所引起的瞬態(tài)脈沖電流干擾所造成的醫(yī)用電氣設(shè)備性能下降、喪失甚至設(shè)備損壞等安全風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)成為不可忽視因素。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17626.5-2008《電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)》[1]（等同采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：IEC61000-4-5:2005）和醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YY0505-2012《醫(yī)用電氣設(shè)備 第1-2部分：安全通用要求 并列標(biāo)準(zhǔn)：電磁兼容 要求和試驗(yàn)》[2]36.202.5章規(guī)定了醫(yī)用電氣設(shè)備對(duì)由開關(guān)和雷電瞬變過電壓引起的單極性浪涌（沖擊）的抗擾度要求、試驗(yàn)方法和推薦的試驗(yàn)等級(jí)[3]。浪涌抗擾度試驗(yàn)的目的是建立一個(gè)共同的基準(zhǔn)，以評(píng)價(jià)電氣和電子設(shè)備在遭受浪涌（沖擊）時(shí)的性能。

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了組合波發(fā)生器模擬浪涌信號(hào)并通過耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)（CDN）向受試設(shè)備（EUT）的供電線路注入浪涌干擾信號(hào)的試驗(yàn)方法。浪涌試驗(yàn)特點(diǎn)是耦合方式復(fù)雜，加載次數(shù)多，測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)（耗時(shí)可達(dá)到十多個(gè)小時(shí)），且不易簡(jiǎn)單估算。隨著試驗(yàn)等級(jí)的逐級(jí)提升，不合格現(xiàn)象往往發(fā)生在試驗(yàn)鄰近尾聲之際，從而造成試驗(yàn)非計(jì)劃性中斷和試驗(yàn)室資源的浪費(fèi)。如何預(yù)計(jì)浪涌測(cè)試時(shí)間，合理規(guī)劃試驗(yàn)步驟成為電磁兼容測(cè)試的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。

1.目的

將涉及標(biāo)準(zhǔn)中不同的試驗(yàn)等級(jí)和測(cè)試方法耦合方式將標(biāo)準(zhǔn)要求歸納成可錄入、修改的時(shí)間和次數(shù)等變量，利用EXCEL數(shù)學(xué)編輯器帶入變量參數(shù)的方法制作耗用時(shí)間計(jì)算器。通過此工具方便直觀的計(jì)算出總用時(shí)。并據(jù)此給出試驗(yàn)計(jì)劃和改進(jìn)措施，提升計(jì)劃的可預(yù)見性和試驗(yàn)室測(cè)試效率。

2.方法

2.1 GB/T 17626.5-2008試驗(yàn)要求[1]

在由耦合去耦網(wǎng)絡(luò)（CDN）供電的EUT電源線上使用組合波發(fā)生器施加干擾，試驗(yàn)等級(jí)見表1，試驗(yàn)電壓波形略。

表1.試驗(yàn)等級(jí)

三相供電設(shè)備線對(duì)線（差模）耦合、線對(duì)地（共模）耦合電路圖（圖1），單相供電設(shè)備線對(duì)線（差模）、線對(duì)地（共模）耦合電路圖（圖2）。由圖1、圖2可得，組合波發(fā)生器加載到供電線路的浪涌信號(hào)在線對(duì)線耦合的組合數(shù)a、線對(duì)地耦合組合數(shù)b分別是a=Cn2，和b=n×m；×n為相線（L1,2..）個(gè)數(shù)+中性線（N）個(gè)數(shù)。m為地線（PE）個(gè)數(shù)，通常為1或0。

圖1.三相供電設(shè)備線對(duì)線（差模）耦合、線對(duì)地（共模）耦合電路圖

圖2.單相供電設(shè)備線對(duì)線（差模）、線對(duì)地（共模）耦合電路圖

2.2 YY0505-2012 36.202.5章中對(duì)于浪涌試驗(yàn)的要求[2]

“a)設(shè)備或系統(tǒng)，應(yīng)在交流電源線對(duì)地抗擾度試驗(yàn)電平為±0.5kV、±1kV和±2kV，及交流電源線對(duì)線的抗擾度試驗(yàn)電平為±0.5kV和±1kV時(shí)符合36.202.1 j)的要求……”

“b)……2）應(yīng)在每個(gè)電壓電平和極性上，對(duì)每根電源線在以下的每個(gè)交流電壓波形相角0°或180°、90°和270°上各施加浪涌五次。3)在初級(jí)電源電路中沒有浪涌保護(hù)裝置的設(shè)備和系統(tǒng)，可只做±2kV線對(duì)地和±1kV線對(duì)線。4)沒有任何接地互連的Ⅱ類設(shè)備和系統(tǒng)免予線對(duì)地試驗(yàn)[2]?！?/p>

2.3 浪涌試驗(yàn)中涉及到的變量參數(shù)分析及用時(shí)計(jì)算方法

標(biāo)準(zhǔn)中的對(duì)于影響試驗(yàn)時(shí)間的變量可歸納為：電平等級(jí)、極性、交流電壓波形相位角、加載間隔時(shí)間、重復(fù)次數(shù)。浪涌電壓輸出波形的上升和下降時(shí)間以μs計(jì)，相對(duì)于整體試驗(yàn)可忽略不計(jì)。

根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)要求可以規(guī)定以下變量用于計(jì)算浪涌的總加載次數(shù)和總時(shí)間。

變量：A：加載次數(shù)，B：相線數(shù)（包含中性線），C：地線數(shù)（PE），D：極性數(shù)（+，-），E：相位角數(shù)（0～270°步進(jìn)90°），F(xiàn)：間隔時(shí)間（s）。

a)總耦合數(shù)等于0.5kV、1kV等級(jí)下線對(duì)線之間、線對(duì)地之間耦合數(shù)與2kV等級(jí)下線對(duì)地之間耦合數(shù)之和。

b)總時(shí)間=總耦合數(shù)×加載次數(shù)×極性數(shù)×相位角數(shù)×間隔時(shí)間

2.4 EXCEL計(jì)算表格的具體實(shí)現(xiàn)

利用EXCEL 中的“組合”函數(shù)COMBIN（number，number_chosen），計(jì)算兩條電纜間的加載浪涌干擾的耦合數(shù)?！?.5kV和±1kV試驗(yàn)等級(jí)的加載次數(shù)相同，即：[G3]=[H3]=(COMBIN(B2,2)+B2×C2)×A2×D2×E2?！?kV試驗(yàn)等級(jí)的加載次數(shù)[I3]=A2×B2×C2×D2×E2。得出總次數(shù)[J3]=[G3]+[H3]+[I3]。

總次數(shù)×間隔時(shí)間(s)=[F2]為相應(yīng)的測(cè)試時(shí)間。由于輸入的間隔時(shí)間以秒（s）計(jì)（絕大多數(shù)浪涌發(fā)生設(shè)備以s為計(jì)時(shí)單位），在此基礎(chǔ)上/60，/3600分別得出以分鐘（min）計(jì)時(shí)的[G1,H1,I1]和以小時(shí)（h）計(jì)時(shí)的[G4,H4,I4]的單元格。具體表格界面見圖3。J列為次數(shù)和時(shí)間的合計(jì)。

圖3.EXCEL 計(jì)算表格

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)YY0505-2012要求，當(dāng)EUT初級(jí)電路沒有浪涌保護(hù)裝置時(shí)可以僅做線對(duì)線±1kV，線對(duì)地±2kV即最高試驗(yàn)等級(jí)。將單元格[E3]格式設(shè)置為“全部測(cè)試”“僅測(cè)最高級(jí)”的下拉列表。設(shè)置單元格[C3]fx=IF（E3="全部測(cè)試",J4,G4）當(dāng)選擇“僅測(cè)最高級(jí)”時(shí)，相當(dāng)于計(jì)算單一等級(jí)的線對(duì)地、線對(duì)線總用時(shí)，這與±0.5kV相等，可免去重復(fù)計(jì)算直接取值[G4]。

表2.常見測(cè)試條件和供電條件下浪涌測(cè)試

3.結(jié)論

利用此工具計(jì)算常見測(cè)試條件和供電條件下浪涌測(cè)試的總用時(shí)，見表2。如用三相五線供電的EUT試驗(yàn)時(shí)間最長(zhǎng)達(dá)到了16h。當(dāng)僅測(cè)試最高等級(jí)，時(shí)間縮短為5h。單相設(shè)備最長(zhǎng)時(shí)間為5.3h。當(dāng)縮短加載間隔可線性降低測(cè)試的總時(shí)間。

本測(cè)試工具僅利用EXCEL自帶單元格計(jì)算公式，無(wú)需宏命令編程。將標(biāo)準(zhǔn)要求的變量參數(shù)輸入相應(yīng)表格即可方便快捷的計(jì)算出浪涌測(cè)試的每一步測(cè)試時(shí)間和總時(shí)間，為制定EMC測(cè)試計(jì)劃提供了依據(jù)并提升EMC實(shí)驗(yàn)室的工作效率。