GBT13926.4-92工业过程测量和控制装置的电磁兼容性电快速瞬变脉冲群要求.pdf 10页

'中华人民共和国国家标准工业过程测量和控制装置的电磁兼容性电快速瞬变脉冲群要求GB/T13926.4-92Electromagneticcompatibilityforindustrial－Processmeasurementandcontrolequipment－Electricalfasttransientburstrequirements本标准等效采用IEC801-4《工业过程测量和控制装置的电磁兼容性第4部分电快速瞬变脉冲群的要求》（1988年版）。1主题内容与适用范围本标准规定了工业过程测量和控制装置对重复电快速瞬变脉冲群敏感性试验严酷等级和试验方法。本标准适用于评定工业过程测量和控制装置对电快速瞬变脉冲群的敏感性。2术语2.1耦合coupling能量从一个线路传送到另一个线路时，线路之间的相互作用。2.2耦合网络couplingnetwork用于将一个线路中的能量传到另一线路的电路。2.3去耦网络decouplingnetwork用于避免施加在被试装置上的电快速瞬变脉冲影响其他不接受试验的装置、设备或系统的电路。2.4耦合夹couplingclamp以与被试线路无任何电连接的方式将干扰信号以共模形式耦合到被试线路，且具有规定尺寸和特性的装置。2.5瞬变量transient两个稳态之间时间相当短的非周期性正或负（或正和负）变量（电压或电流）。2.6脉冲群burst在固定时间间隔内产生的重复脉冲。3严酷等级电快速瞬变试验是一种耦合到电子设备电源线、控制线和信号线上的由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群试验，试验的要素是瞬变的上升时间、重复率和能量。试验采用表1所示国家技术监督局1992-12-17批准1993-06-04实施 严酷等级。开路输出试验电压相当于储能电容器的电压，并将其标在快速瞬变脉冲群发生器上。等级的选择见附录A。表1严酷等级（开始输出试验电压）试验电压kV(±10％)等级在电源上在输入输出信号、数据和控制线上10.50.25210.5321442x特定特定注：“x”为不定级，由用户与制造厂商定，或由制造厂加以规定。4试验设备4.1电快速瞬变脉冲群发生器试验发生器的线路简图见图1。试验发生器的主要部件包括：高压电源、充电电阻、储能电容器、放电器、脉冲持续时间成形电阻、阻抗匹配电阻和隔直流电容器。4.1.1电快速瞬变脉冲群发生器的性能特性开路输出电压（储能电容器电压）：0.25kV（－10％）至4kV（＋10％）。发生器应具有在短路条件下工作的能力。表2试验发生器在50Ω负载条件下工作的特性项目特性最大能量2kV时，50Ω负载上的能量为4mJ/脉冲极性正/负输出类型同轴动态源阻抗(见注)1～100MHz之间50Ω±20％发生器内部的隔直流电容器10nF脉冲重复频率见4.1.2条脉冲上升时间5ns±30％(见图4.1.2条和图3)脉冲持续时间50ns±30％(见图4.1.2条和图3)50Ω负载上匹配输出的脉冲波形见图4.1.2条和图3与电源的关系异步脉冲群持续时间15ms±10％(见图4.1.2条和图2)脉冲群周期300ms±20％(见图4.1.2条和图2)注:源阻抗可通过分别在无负载和50Ω负载条件下测量脉冲的峰值加以验证(比例为2:1)。4.1.2电快速瞬变脉冲群发生器性能特性的检定为使各种不同的试验发生器产生的试验结果能互相比较，试验发生器的特性必须经过检定。因此必须采取下列程序。试验发生器的输出经过一个50Ω的同轴衰减器连接到示波器上。测量设备的频宽至少应该是400MHz。并应监视一个脉冲群内脉冲的上升时间、脉冲持续时间和重复频率。终端负载50Ω时，检定电快速瞬变脉冲群发生器应具备的性能特性（见图3）： a.脉冲上升时间：5ns±30％；b.脉冲持续时间（50％值）：50ns±30％；c.脉冲的重复频率和输出电压的峰值：0.125kV时，5kHz±20％；0.25kV时，5kHz±20％；0.5kV时，5kHz±20％；1.0kV时，5kHz±20％；2.0kV时，2.5kHz±20％。4.2交流/直流主电源线路的耦合/去耦网络表3网络特性项目特性频率范围1～100MHz耦合电容器33nF耦合衰减<2dB非对称状态下的去耦衰减>20dB网络各线路间的相互干扰衰减>30dB耦合电容器的绝缘能力5kV(试验脉冲：1.2/50μs)采用此网络可以使试验电压能在非对称状态下施加到被试装置的电源输入端。线路图（三相电源的实例）如图4所示。4.3电容耦合夹使用耦合夹就能在与线路端子、电缆的屏蔽层或被试装置的其他任何部分无任何电连接的情况下，把电快速瞬变脉冲群耦合到被试线路上。耦合夹的耦合电容取决于电缆的直径和材料以及屏蔽层（若有）。耦合夹由罩住被试路线电缆（扁形或圆形）的夹持单元（用镀锌钢、黄铜、铜或铝制成）组成，并应放置在最小面积1m底板上。基准底板的四周至少应超出耦合夹0.1m。线路的两端应具有高压同轴接头，其任一端与试验发生器连接。发生器应连接在耦合夹最接近被试装置的那一端上。耦合夹本身应尽可能合拢，以便在电缆和耦合夹之间提供最大耦合电容。耦合夹的推荐结构配置见图5，该结构决定了耦合夹的特性，如频率响应、阻抗等。表4耦合夹特性项目特性电缆与耦合夹之间的典型耦合电容50～200pF圆型电缆的可选用直径范围4～40mm绝缘能力5kV(试验脉冲：1.2/50μs)采用耦合夹的耦合方法适用于验收试验。耦合方法设计用于输入/输出电路和通信线路，但如果不能使用4.2条定义的耦合/去耦网络，则耦合夹也可以用于交流/直流电源线路。采用其他耦合方式（如耦合/去耦网络）可由制造厂和用户协商决定。5试验配置必须根据不同的试验环境选用不同类型的试验：a.实验室内进行的试验。b.在最后安装好的状态下，对设备进行的现场试验。5.1试验设备 试验配置包括下列设备（见图6）：参考接地平板、耦合装置(网络或耦合夹）、去耦网络和试验发生器（包括标定或测量工具）。5.2实验室内进行试验的试验配置5.2.1试验条件被试装置应放置在参考接地平板上，并且应该用约为0.1m厚的绝缘底座与参考接地平板绝缘。对于安装在工作台上的装置，被试装置可放置在底板上方约0.8m处(见图7)。参考接地平板应该是金属板（铜或铝），其最小厚度为0.25mm。也可以采用其他金属材料，但最小厚度应达到0.65mm。参考接地平板的最小尺寸为1m×1m。实际尺寸视被试装置的尺寸而定。参考接地平板四周至少应超出被试装置0.1m。参考接地平板应与安全接地线相连接。被试装置应按正常安装要求放置和连接。除被试装置下的底板外，被试装置与其他任何导电结构（如屏蔽室壁）的最小间距应大于0.5m。被试装置应按照制造厂的安装说明书连接到接地系统，不允许有额外的接地。接地电缆与参考接地平板和所有搭接处的连接应具有最小电感。应采用耦合装置来施加试验电压。耦合装置应耦接到被试装置与去耦网络之间的线路上或处于试验设备的两个单元之间的线路上。使用耦合夹时。除了耦合夹下的底板外，耦合板与其他任何导电结构的最小间距应该是0.5m。耦合装置与被试装置间的信号线和电源线的长度应该等于或小于1m。如果制造厂随装置提供的不可拆卸电源电缆的长度超过1m、则可将电缆的超长部分在基准底板上方约0.1m处以0.4m的直径平行盘绕起来。被试装置与耦合装置间应该保持1m的间距。实验室内进行试验的试验配置实例见图7。5.2.2试验电压耦合到被试装置上的方法试验电压应施加被试装置上的下列不同类型的线路或端子上：电源线，电快速瞬变干扰信号经耦合/去耦网络直接耦合的试验配置实例如图8所示。如果线电流高于耦合/去耦网络规定电流容量，即大于100A，应按现场试验方式进行试验（见图10）。输入/输出电路和通信线路：图7和图9的实例表明了如何利用电容耦合夹向输入/输出电路和通信线路施加干扰试验信号。机柜接地端子：机柜上的试验点应为安全接地线的接线端子。试验电压应由耦合/去耦网络施加到保护接地导线上（见图8）。5.3现场试验的试验配置装置或系统应在最终安装条件下接受试验。为了尽可能真实地模拟自然干扰环境，现场试验时应不使用耦合/去耦网络。如果在试验过程中除被试装置外的其他装置或系统受到不适当的影响，经用户和制造厂协商，应使用去耦网络。5.3.1对电源线和安全接地端的试验地面固定安装的被试装置：试验电压应施加在地参比平面与交流、直流电源端子之间和被试装置机柜的保护地或功能接地端子上。试验配置见图10。应在接近被试装置处安装一块约1m×1m的参考接地平板（见5.2.1条说明），并与主电源引出端的安全接地线相连。 电快速瞬变脉冲群发生器应放置在底板上。发生器的同轴输出至被试装置试验点之间“连接线”的长度应不超过1m。这些连接线不加屏蔽，但应有良好的绝缘。如果需要使用隔直电容器，则其容量应为33nF。被试装置的其他所有连接线均应符合其功能要求。用软线束和插头接至主电源的非固定安装的被试装置:试验电压应施加在各个电源线与连接被试装置的电源输出端的安全地线之间（见图11）。5.3.2输入/输出电路和通信线路上的试验应尽可能使用电容耦合夹将试验电压耦合至线路上。如果因电缆敷设中由于尺寸、电缆布线等原因而不能使用耦合夹，则可用金属薄带或导电箔包封被试验线路来代替。这种用箔或带子耦合方式的电容应相当于标准耦合夹的电容。在某些情况下、可以通过一个分立的100pF电容器代替耦合夹或金属箔结构的分布电容，将电快速瞬变脉冲群发生器耦合到线路端子上。试验发生器引出的同轴电缆必须在耦合点附近接地。试验电压不允许施加在同轴或屏蔽通信线的接头（连接线)上。试验电压应以不降低装置的屏蔽保护性能的方式施加。详细说明见图12。采用分立电容器耦合配置取得的试验结果可能不同于采用耦合夹或金属箔耦合方式取得的试验结果。因此，为了考虑有效的安装特性，经制造厂与用户协商后可重新商定选用第3条规定的严酷等级。6试验程序6.1实验室环境条件为使环境参数对试验结果的影响减至最小，试验应在6.1.1条和6.1.2条规定的大气和电磁环境条件下进行。6.1.1大气条件在无其他技术要求或用户与制造厂间无协议情况厂，大气条件应符合下列要求：环境温度：15～35℃；相对湿度：45％～75％；大气压力：68～106kPa。6.1.2电磁条件实验室的电磁环境不得影响试验结果。6.2试验电压的施加如有需要，试验前，可根据4.1.1条和4.1.2条的要求验证试验发生器的特性。应采用合适的耦合装置（电容耦合夹或耦合网络）把试验电压施加到被试装置上。试验应根据试验大纲进行，试验大纲应规定：a.试验电压的等级和类型；b.试验电压的特性（＋、－极性均为强制性）；c.发生器内部或外部激励；d.试验持续时间，不少于1min；e.施加试验电压的次数；f.待试的电路、线路等；g.被试装置的典型工作条件；h.对各电路施加试验电压或对属于两个以上电路的各电缆施加电压的顺序。如果无实际工作信号源，则可以模拟。6.3试验结果的评定被试装置和系统的种类繁多，差异很大，因此很难为评定电快速瞬变脉冲群对装置和系 统的影响而确定一个通用的准则。试验结果可以根据被试装置的工作条件和功能规范按下列性能准则加以分类：a.在规范极限内性能正常；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.因装置（元件）损坏而不可恢复的功能降低或丧失。对于验收试验，试验大纲和试验结果的分析应符合有关标准或文件的规定。图1快速瞬变脉冲群发生器电路简图U--高压源；Rc--充电电阻器；Cc--储能电容器；Rs--脉冲持续时间成形电阻器；Rm—阻抗匹配电阻器；Cd—隔直流电容器图2快速瞬变脉冲群略图 图3接50Ω负载时的单个脉冲的波形图4交流/直流电源线/端子用的耦合/去耦网络注：①图中为三相电路的结构。直流电路同样处理。②耦合/去耦网络的结构和应用应符合现行的国家安全条例。 图5电容耦合夹结构图注：耦合部分与其它所有导电结构（被试电缆和地参比平面除外）的间距应大于0.5m。图6电快速瞬变脉冲群试验用的方框图 附录A有关快速瞬变脉冲群发生器和试验严酷等级选择的注释（参考件）A1电快速瞬变脉冲群发生器为了消除各种发生器的发散特性可能产生的不定性，需要有一个标准化的标定或试验程序。在对50Ω电阻负载施加快速瞬变脉冲群（频率响应平直部分高达400MHz）时，应测量试验发生器的有关特性（见4.1.2条）。由于1kV以下放电器的机械和电气性能不稳定性，可以利用分压器获得2kV以下的试验电压。实际出现的脉冲群现象，其单个脉冲的重复率为10kHz至1MHz。然而广泛调查的结果表明，采用固定调节发生器难以再现这种相当高的重复率。因此4.1.2条规定了（典型单个脉冲的）较低的重复率。根据所选严酷等级确定的脉冲重复率，要考虑放电电路的特殊性能。A2试验严酷等级的选择试验严酷等级应按照最实际的安装条件和环境条件加以选择。本标准第3章列出了这些严酷等级。为了确定装置在预计工作只境中的性能等级，应根据这些严酷等级进行抗扰性试验。对于输入/输出线路，控制、信号线和数据线路，使用试验电压为电源线施加值之半。根据通常的安装实践，建议按电磁环境要求选择电快速瞬变脉冲群试验的严酷等级：A2.11级具有良好保护的环境设施具有下列特性：a.开关控制线路中电快速瞬变脉冲群全部被抑制；b.电源线（AC和DC）与来自属于高一级严酷等级的其他环境的测量和控制线路分离；c.屏蔽电源电缆的屏蔽层在主设备参考地的两端接地，并对供电电源采用滤波的方式加以保护。计算机房可代表这类环境。以此等级对装置进行试验只适用于型式试验中的电源线路及现场试验中的接地线路和装置的机柜。A2.22级受保护的环境设施具有下列特性：a.仅由继电器（无接触器）切换的控制线路对电快速瞬变脉冲群作部分抑制；b.全部线路与属于较高严酷环境等级的线路分离；c.无屏蔽的电源电缆和控制电缆以物理方式与信号电缆和通信电缆分离。工厂和电厂的控制室或终端室可代表这种类环境。A2.33级典型的工业环境设施具有下列特性：a.仅由继电器（无接触器）切换的控制线路对电快速瞬变脉冲群无抑制；b.工业线路与属于较高严酷环境等级的其它线路分离不完善；c.电源、控制、信号和通信线路采用专用电缆； d.电源、控制、信号和通信电缆之间分离下完善；e.由导电管道、电缆槽的接地导体（连接保护接地系统）和接地网提供的接地系统。工业过程装置、电厂和露天高压变电所的继电器房等场所可代表这类环境。A2.44级严酷的工业环境设施具有下列特性：a.由继电器和接触器切换的控制和电源线路对电快速瞬变脉冲群无抑制；b.工业线路与其他属于较高严酷环境等级的线路不分离；c.电源、控制、信号和通信电缆之间不分离；d.控制和信号线路共用多芯电缆。电站、露天高压变电站开关装置和工作电压达500kV的气体绝缘的配电装置（采用典型的安装措施）等未采取特殊安装措施的工业过程设备、室外区域可代表这类环境。A2.5X级需加以分析的特殊环境可根据干扰源与装置的电路、电缆、线路等电磁分离的优劣以及装置的质量采用高于或低于上述等级的环境等级。应该指出，较高严酷等级的装置线路能够进入严酷等级较低的环境。附加说明：本标准由全国无线电干扰标准化技术委员会提出并归口。本标准由机械电子工业部上海工业自动化仪表研究所起草。本标准主要起草人程国钧、邱云林、郑家模、洪济晔、蒋春宝。'