【专业篇】电磁兼容项目-电快速脉冲群测试介绍

电快速脉冲群测试

电快速瞬变脉冲群（(EFT/B, Electrical Fast Transient / Burst)是在同一供电回路中，多种用电器（或设备）在工作过程中(如开关、继电器等在使用时)产生的瞬态脉冲群。如果电感性负载多次重复切换，脉冲群就会以相应的时间间隔多次重复出现。这种脉冲上升时间短，重复率高，能量低，频谱分布较宽。脉冲群干扰会使用电器（或设备）性能下降或失灵。

重复性快速瞬变试验是一种将由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群耦合到电气和电子设备的电源端口、信号和控制端口的试验。试验的要点是瞬变的短上升时间、重复率和低能量。其目的是评估受试设备对来自操作瞬态过程(如断开电感性负荷、继电器接点弹跳等）中所产生的瞬态脉冲群的抗扰度。

1.试验等级

表1列出了设备的供电电源、保护接地(PE)、信号和控制端口进行电快速瞬变脉冲群抗扰度试验时应优先采用的试验等级的范围。

表1，试验等级

注：* “X”表示一个开放等级，在专用设备技术规范中必须对这个级别加以规定。

    试验等级应按照最真实的安装和环境条件加以选择，在进行抗扰度试验时，应确定设备 在预期工作环境中的性能等级。对于受试设备的1/0、控制、信号和数据端口，试验电压为电源端口试验电压的一半。

根据通常的安装实践，建议按照电磁环境的要求来选择电快速瞬变脉冲群抗扰度试验的 试验等级，具体试验等级如下。

(1)    等级1：具有良好保护的环境

在此级别的设施具有下列特性。

a.       在被切换的电源和控制线路中，电快速瞬变脉冲被全部抑制。

b.       电源线（交流和直流〉与来自属于较高严酷度等级的其他环境中的控制和测量线路 分离。

c.       电源电缆带有屏蔽层，屏蔽层的两端在设施的接地参考平面接地，并通过滤波进行 电源保护。

例如计算机房。对于此级别试验，只使用形式试验中的电源线路及安装后试验中的接地 线路和设备机柜。

(2)    等级2：受保护的环境

在此级别的设施具有下列特性。

a.       仅应用于继电器（无接触器）切换的电源线路和控制线路中，电快速瞬变脉冲群被 部分抑制。

b.       所有线路与同较高严酷等级环境有关的其他线路分离。

c.       无屏蔽的电源电缆和控制电缆与信号电缆和通信电缆在结构上分离。 例如工厂和发电厂的控制室或终端室可作这类环境的代表。

(3)    等级3：典型的工业环境

在此级别的设施具有下列特性。

a．  仅采用继电器（无接触器）切换的电源线路和控制线路中，对电快速瞬变脉冲群无 抑制。    

b．  工业线路与同较高严酷等级环境有关的其他线路分离不彻底。

c．  电源、控制、信号和通信线路采用专用电缆。 丄电源、控制、信号和通信线路之间的分离不彻底。

d．  存在由电缆托架（同保护接地系统相连）中的导电管道、接地导体和接地网提供的 接地系统。

例如工业过程设备的使用场所、发电厂和户外高压变电站的继电器房等。

(4)    等级4：严酷的工业环境

在此级别的设施具有下列特性。

a．  由继电器和接触器切换的电源和控制线路中，对电快速瞬变脉冲群无抑制。

b．  工业线路与同较高严酷等级环境有关的其他线路不分离。

c．  电源、控制、信号和通信电缆之间不分离。 丄控制和信号线共用多芯电缆。

未采用特定安装措施的电站工业过程设备的户外区域，露天的高压变电站配电装置和工 作电压达5001^^的开关装置（采用典型的安装措施）等区域可作为这类环境的代表。

(5) 等级5：需加分析的特殊环境

根据騷扰与设备的电路、电缆、线路等电磁分离程度的优劣以及安装质量，可能需要采用高于或低于上述的环境等级。应该指出，较高严酷等级的设备线路可以进入严酷等级较低
的环境。

2.试验设备

(1)    试验发生器

试验发生器的主要元件包括高压源、充电电阻、储能电容、放电器、脉冲持续时间成形
电阻、阻抗匹配电阻、隔直电容，其电路简图如图1所示。

图1,电快速瞬变脉冲群发生器电路简图

U—髙压源；Rc一充电电阻；Cc一储能电容器；RS一脉冲持续时间成形电阻；

Rm一阻抗匹配电阻；Cd—隔直电容

电快速瞬变脉冲群发生器的性能特性（接50Ω负载）如下。

a．  开路输出电压范围（在储能电容器两端的电压〉为0.25(1一10%)～4Kv(1±10%)

b．  极性：正极性、负极性。

c．  输出形式：同轴输出。

d．  动态源阻抗：50 (1±20%) Ω在（1?100MHz时)。

e．  发生器内的隔直电容为10nF

f．   单个脉冲的上升时间：5 (1±30%）ns，如图2所示。

                     图2， 接50负载时单个脉冲的波形

g．  脉冲持续时间（50%值）：50（1±30%）ns，如图2所示。

h．  与供电电源电压异步。

i．    脉冲持续时间：15 （1±20%)ms，如图3所示。

j．    脉冲群周期：300（1±20%)ms。

图3，电快速瞬变脉冲群概略图

(2)    电快速瞬变脉冲群发生器的校验

为了消除因各种类型发生器特性的分散性而可能出现的试验结果的不确定性，需要一个 标准的校验和试验程序。试验发生器的输出通过一个50Ω的同轴衰减器接至示波器上。测 量设备的带宽至少为400MHz。应该对一个脉冲群的上升时间、脉冲持续时间和脉冲重复频率进行监视。

对带有一个50Ω终端负载的电快速瞬变脉冲群发生器要进行校验的特性（见图2）如下。

a．  脉冲的上升时间50（1±30%）ns。

b．  脉冲持续时间（50%值）：50（1±30%）ns。

脉冲的重复频率和输出电压的峰值：0.125Kv时为5（1±20%）kHz、0.25kV时为5（1±20%）kHz、0.5kV时为5（1±20%）kHz、1.0kV时为5（1±20%）kHz、2.0kV时为2.5（1±20%）kHz。

(3)    交/直流端口的耦合/去耦网络

这个网络提供在不对称条件下把试验电压施加到受试设备的电源端口的能力。其特性参 数如下。

a．  频率范围：1～100MHz。

b．  耦合电容:3Nf。

c．  耦合衰减：小于2dB。

d．  在不对称条件下的去耦衰减：大于20dB。

e．  网络中每条线路和其他线路之间的串扰衰减：大于30 dB。。

f．   耦合电容的绝缘耐受能力：5kV(试验脉冲：1.2/50µs〉。

(4)    容性耦合夹

耦合夹能在与受试设备各端口的端子、电缆屏蔽或受试设备的任何其他部分无任何电连 接的情况下把快速瞬变脉冲群耦合到受试线路上。其特性参数如下。

a．  电缆和耦合夹之间典型的耦合电容：50?200pF。

b．  圆电缆可用的直径范围：4～40mm。

c．  绝缘耐受能力：5kV。

(5)    试验配置

电快速瞬变脉冲群抗扰度试验可以分成在实验室进行的试验和在设备最终安装条件下对设备进行的安装后试验。优先采用实验室进行的试验。

试验配置包括接地参考平面、耦合装置〔网络或耦合夹〉、去耦网络、试验发射器等，
如图4所示

图4，电快速瞬变脉冲群抗扰度试验方框图

实验室进行试验的标准环境条件如下。

a．  受试设备应该放置在接地参考平面上，并用厚度为0.1m±0.01m的绝缘支座隔开。若受试设备为台式设备，则受试设备应放置在接地参考平面上方0.8m±0.08m处，且和所有其他导电结构（如屏蔽室的墙壁）之间的最小距离应大于0.5m。

b．  接地参考平面应为一块厚度不小于0，25mm的金属板(铜或铝)，也可以使用其他的 金属材料，但厚度至少为0.65mm。

c．  接地平面的最小尺寸为1m×1m，其各边应至少比受试设备大0.1m。

d．  试验设备接地电缆与接地参考平面的连接和所有搭接所产生的电感应尽可能小。

e．  使用耦合装置施加试验电压，试验电压应耦合到受试设备和去耦网络之间的线路上 或与试验有关的两个设备之间的线路上。在使用耦合夹时，除了位于耦合夹和受试设备下方 的接地平面外，耦合板和所有其他导电性结构之间的最小距离为0.5111。耦合装置和受试设备之间的信号线和电源线的长度不大于1m。

图5给出了实验室试验的配置实例。

图5，用于实验室试验的一般试验配置

I一耦合夹与EUT之间的距离，不应大于1m；

（A）一电源线耦合位置；(B)一信号线耦合位置

3. 试验步骤

试验的步骤包括：实验室参比条件的检验、设备正常运行的初步检验、进行试验、试验 结果的评价。

(1)    实验室参比条件

为了尽量减小环境参数对试验结果的影响，应该在环境温度为15?35℃、相对湿度为30%～60%、大气压力为86?10kPa的条件下进验。实验室的电磁条件应能保证對式设备正常工作。

(2)    进行试验

应根据试验计划进行试验，包括对技术规范所规定的受试设备性能的检验。试验计划应 包括将要进行的试验的类型，试验等级，试验电压的极性，内部或外部发生器激励，试验的 持续时间（不少于1mm），施加试验电压的次数，待试验的受试设备端口，受试设备的典型 工作条件，依次对受试设备各端口或对同属于两个以上电路的电缆等施加试验电压的顺序， 辅助设备。

(3)    试验结果和试验报告

由于受试设备和系统的多样性和差异性，确定试验对设备和系统的影响变得比较困难。 试验结果应该按受试设备的运行条件和功能规范进行如下分类。

a．  在技术要求限值内性能正常。

b．  功能或性能暂时降低或丧失，但能自行恢复。

c．  功能或性能暂时降低或丧失，但需操作者干预或系统复位。

d．  因设备（元件〕或软(射员坏或数据丢失造成不能自行恢复至正常状态的功能降低或丧失。 一般地，如果设备在整个试验期间显示其抗扰度，且在试验结束后受试设备满足技术规 范中的功能要求，则表明试验合格。