淺談電子式電能表的電磁兼容性

楊華

1 電磁兼容的含義

電磁兼容（EMC）：一般指電氣電子設(shè)備在共同的電磁環(huán)境中能執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)，即要求在同一電磁環(huán)境中的上述各種設(shè)備都能正常工作又互不干擾，達(dá)到“兼容”狀態(tài)。

電磁干擾（EMI）：與電磁兼容恰恰相反，是指電磁騷擾引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。

2 電子式電能表的電磁兼容設(shè)計(jì)

通常EMC設(shè)計(jì)成本只占總開發(fā)成本的5%左右，如果人們在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期就進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)的話，只要適當(dāng)?shù)倪x擇元器件和材料，在每臺(tái)售出設(shè)備上附加的元件成本通常就很少，在批量生產(chǎn)情況下，甚至可以忽略不計(jì)。所以，任何電子產(chǎn)品包括電子式電能表在設(shè)計(jì)初期，首先進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)是十分必要的。

電子式電能表中“地”的作用主要是指為電荷的瀉放提供一個(gè)通路，這個(gè)“地”一般與真正的大地連接，如外殼接地。外殼實(shí)際上為一屏蔽體，當(dāng)電子式電能表工作時(shí)，由于電路通過了不規(guī)則、不連續(xù)的信號(hào)會(huì)在外殼上產(chǎn)生電荷，如果不接地或接地不佳，電荷的瀉放回路不通暢，會(huì)在外殼上形成電荷累計(jì)效應(yīng)，產(chǎn)生電磁場對(duì)內(nèi)部電路造成干擾。事實(shí)證明接地是電子式電能表的電磁兼容設(shè)計(jì)工作所必須的技術(shù)措施。

濾波是壓縮信號(hào)回路干擾頻譜的一種方法。濾波器對(duì)于那些與有用信號(hào)頻率不同的干擾信號(hào)有很強(qiáng)的抑制作用，借助濾波器可明顯減少傳導(dǎo)性干擾的電平。在電子式電能表的電源輸入端接上濾波器，可以抑制來自電網(wǎng)的噪聲對(duì)電源本身的侵害，也可以抑制由開關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾。因此，電源濾波器作為抑制電源線傳導(dǎo)干擾的重要單元，在電子式電能表的電磁兼容設(shè)計(jì)中具有極其重要的作用。

屏蔽是通過各種屏蔽材料吸收及反射外來電磁能量來防止外來干擾的侵入或?qū)⒃O(shè)備輻射的能量限制在一定的區(qū)域內(nèi)，以防止干擾其他設(shè)備。其目的是切斷電磁波的傳播途徑。大部分電磁兼容問題都可以通過電磁屏蔽來解決，并且用電磁屏蔽的方法解決電磁干擾問題不會(huì)影響電路的正常工作。在設(shè)計(jì)電能表的過程中，應(yīng)對(duì)表的外殼采取合理的屏蔽，給表的外部線路加上耦合裝置。因此，屏蔽是提高電子式電能表電磁兼容問題的重要且有效的手段之一。

3 電子式電能表的電磁兼容試驗(yàn)

判斷電子式電能表是否能夠達(dá)到電磁兼容水平，無疑是要進(jìn)行電磁兼容性試驗(yàn)。電子式電能表的電磁兼容試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括靜電放電抗擾度試驗(yàn)（ESD）、電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)（EFT）、浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)（SURG）。

3.1 靜電放電抗擾度試驗(yàn)

（1）靜電放電：具有不同靜電電位的物體互相靠近或直接接觸引起的電荷轉(zhuǎn)移。

（2）產(chǎn)生的原因：合成纖維與干燥的氣候相結(jié)合是產(chǎn)生靜電放電的重要因素。通過摩擦或感應(yīng)等因素使人體積累了靜電，當(dāng)帶有靜電的人積累足夠的靜電荷與電子式電能表接觸的過程中，就可能產(chǎn)生靜電放電。

（3）試驗(yàn)?zāi)康模褐饕M操作人員或物體在接觸電子式電能表時(shí)的放電和人或物體對(duì)鄰近電子式電能表的放電。

（4）試驗(yàn)條件：儀表為非工作條件下，電壓線路、電流線路和輔助線路不應(yīng)通電，所有電壓端及輔助接線端連接在一起，電流端開路；儀表在工作條件下，電壓線路和輔助線路加參比電壓，電流端應(yīng)開路。試驗(yàn)電壓要逐步按上升到被測表標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的等級(jí)，主要是避免高電壓下通過，而低電壓下不通過的怪現(xiàn)象。

（5）試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)：在靜電放電的作用下，儀表不應(yīng)出現(xiàn)損壞或信息的改變，計(jì)度器不應(yīng)產(chǎn)生大于XkWh的變化。

X=10-6×m×Un×Imax

（m：測量單元數(shù)；Un：參比電壓；Imax：最大電流）

3.2 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)

（1）脈沖群：一串?dāng)?shù)量有限的清晰脈沖或一個(gè)持續(xù)時(shí)間有限的振蕩。

（2）產(chǎn)生的原因：電路中機(jī)械開關(guān)對(duì)電感性負(fù)載的切換。

（3）試驗(yàn)?zāi)康模壕褪悄M電網(wǎng)中機(jī)械開關(guān)切換時(shí)對(duì)電子式電能表進(jìn)行干擾，看它是否能夠經(jīng)受得起。

（4）試驗(yàn)條件：儀表在基本電流Ib（或額定電流In），功率因素為1的狀態(tài)下，施加在電壓和電流線路上的試驗(yàn)電壓為2kV（參比電壓超過40V的輔助線路試驗(yàn)電壓1kV）；在電流線路無電流，電壓線路和輔助線路加參比電壓時(shí)，對(duì)電流和電壓線路施加試驗(yàn)電壓4kV。

（5）試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)：在脈沖群的作用下，儀表不應(yīng)出現(xiàn)損壞或信息的改變，計(jì)度器不應(yīng)產(chǎn)生大于10倍XkWh的變化。

3.3 浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)

（1）浪涌：沿線路傳送的電流、電壓或功率的瞬態(tài)波，其特征是先快速上升后緩慢下降。

（2）產(chǎn)生的原因：a直接雷擊于外部電路（戶外），注入的大電流流過接地電阻或外部電路阻抗而產(chǎn)生電壓；b附近直接對(duì)地放電的雷電入地電流耦合到設(shè)備組接地系統(tǒng)的公共接地路徑；c主電源系統(tǒng)切換騷擾；d配電系統(tǒng)內(nèi)在儀器附近的輕微開關(guān)動(dòng)作和電荷變化；e與開關(guān)裝置有關(guān)的諧振電路；f各種系統(tǒng)故障（對(duì)設(shè)備組接地系統(tǒng)的短路和電弧故障）。

（3）試驗(yàn)?zāi)康模涸u(píng)定電能表的電源線、通信線路在遭受高能量浪涌脈沖騷擾時(shí)的抗擾能力。

（4）試驗(yàn)條件：施加在電壓線路各端與地之間（共模方式）的試驗(yàn)電壓為4kV；施加在電壓線路各端之間（差模方式）的試驗(yàn)電壓為2kV。

（5）試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)：在浪涌的作用下，儀表不應(yīng)出現(xiàn)損壞或信息的改變，計(jì)度器不應(yīng)產(chǎn)生大于XkWh的變化。

4 結(jié)束語

電能表作為我們國家重點(diǎn)管理，用于貿(mào)易結(jié)算的計(jì)量器具，其計(jì)量準(zhǔn)確與否直接影響著交易雙方的經(jīng)濟(jì)利益，因此它的質(zhì)量好壞是國計(jì)民生的大事。也就是說，它的電磁兼容性的優(yōu)劣一直備受人們關(guān)注。所以，為了保證電子式電能表具有良好的電磁兼容性，不僅要在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)，而且還要運(yùn)用各種模擬干擾波形的測試儀器進(jìn)行電磁兼容試驗(yàn)。