浪涌（沖擊）抗擾度試驗與瞬態過電壓試驗的對比與分析

李滟 王剛（中國家用電器研究院 北京 100176）

1 前言

越來越多的高新技術隨著科技的進步被應用到家電產品中，而它們的電磁兼容性對其安全性能的影響也越來越受到關注。我國最新一版的家電安全通用標準GB 4706.1-2005的第14章規定了瞬態過電壓試驗，第19章中19.11.4.4條款規定了電子類家電產品對電磁兼容抗擾度的相關試驗項目，即：通過電子斷開獲得斷開位置的開關的器具、帶有處于待機狀態開關器具和帶有保護電子電路的器具需進行浪涌（沖擊）抗擾度的測試。實際工作中許多技術人員對上述兩個實驗的理解存在理解模糊的情況，因此本文有針對性地以GB 4706.1-2005標準中19.11.4.4的浪涌（沖擊）抗擾度試驗和第14章的瞬態過電壓試驗為對象，從試驗目的、試驗原理、試驗方法、合格判定等方面入手進行對比分析，希望能夠對專業人士提供一些必要的參考。

2 試驗目的

浪涌（沖擊）抗擾度試驗是評價設備在遭受浪涌（沖擊）時的抗擾度能力，這種沖擊大多是由設備開關瞬間或者雷電瞬變過電壓引起的。GB 4706.1-2005標準中第19.11.4.4條款所涉及的浪涌（沖擊）試驗目的，是為了評價待機狀態下的被測產品在防浪涌器件斷開條件下承受浪涌（沖擊）的能力。第14章的瞬態過電壓試驗是為了評價被測產品的電氣間隙是否能夠承受標準規定的高壓脈沖，即當兩個帶電導體或者帶電導體與易觸及表面之間的電氣間隙不符合安全通用標準GB 4706.1-2005中表16的規定時，器具應當承受瞬態過電壓試驗，該試驗應在被測產品未運行時進行。

3 試驗原理

GB 4706.1-2005標準中第19.11.4.4條款所涉及的浪涌（沖擊）的試驗，要求僅在被測產品的電源端進行測試，試驗分別對線對線、線對地進行耦合，GB/T 17626.5規定的試驗等級3級適用于線對線的耦合方式，4級適用于線對地的耦合方式。線對線耦合的有效阻抗為2Ω，線對地耦合的有效阻抗為12Ω，信號發生器要求浮地。浪涌（沖擊）的標準開路電壓波形（峰值1kV）見圖1。從圖1中我們可以看出，波前時間（10%~ 90%）T1=1.67T=1.2μs，T是30%峰值到90%峰值所經歷的時間。持續時間（50%峰值 ~ 50%峰值）T2=50μs。浪涌信號發生器發出的脈沖信號一般會產生電壓過沖，標準要求電壓過沖的峰值不能超過電壓脈沖峰值的30%。

表1

第14章的瞬態過電壓試驗要求的試驗點與浪涌（沖擊）試驗不同，它要求在不符合標準的電氣間隙兩端導體進行測試，脈沖試驗電壓波形要符合標準GB/T 17627.1的要求（見圖2），有效阻抗為12Ω。從圖2中我們可以看出，瞬態過電壓試驗所要求的脈沖波形（峰值1kV）與浪涌（沖擊）試驗要求的脈沖波形在波前時間和持續時間方面基本相同，只是瞬態過電壓試驗對于脈沖過壓沒有做出限制，這是因為脈沖試驗發生器一般不會產生過電壓脈沖，脈沖能量會以緩慢的方式釋放掉。浪涌（沖擊）試驗和瞬態過電壓試驗脈沖的能量集中在持續時間內能進行釋放，所以同樣峰值的浪涌（沖擊）脈沖與瞬態過電壓脈沖對被測產品的抗沖擊能力的考核是相同的。

4 試驗方法

由于浪涌（沖擊）試驗的電壓波形相對較緩，因此對試驗室的配置比較簡單，尤其對于電源線上的試驗，都是通過耦合去耦網絡來完成的。

GB 4706.1-2005標準中第19.11.4.4條款規定對于帶有待機狀態開關、電子斷開功能開關、保護電子電路的產品，在實驗室進行的浪涌（沖擊）試驗僅在電源端進行5次正脈沖和5次負脈沖試驗，試驗電壓應當分別在0 o、90o、180o、270o的相位上進行，電源線長度不應超過2m。試驗速率每分種1次，不宜太快，以便給被測產品內部器件有一個性能恢復的過程。事實上，自然界的雷擊現象和開關站大型開關的切換也不可能有非常高的重復率現象存在。試驗要在防浪涌裝置斷開的條件下進行，Ⅰ類器具中接地的電熱元件應斷開。之所以將防浪涌裝置斷開是為了考察被測產品在防浪涌裝置失效這種“非正常”條件下，內部器件自身的抗擾度能力。

第14章的瞬態過電壓試驗要考核的是被測產品的電氣間隙結構是否符合標準規定，如果電氣間隙符合GB 4706.1-2005表16的規定，則不需要進行脈沖過電壓試驗。對于額定電壓在150V和300V之間的產品，要經受2500V的額定脈沖電壓，對應的脈沖試驗電壓為2950V，詳見表1。

試驗中應首先觀察帶電部件的電器間隙是否符合GB 4706.1-2005表16的規定值，如果不符合則應當將脈沖電壓發生器輸出端的兩極夾于帶電部件兩端，對于額定電壓220V的被測產品輸出2950V的脈沖試驗電壓。被測產品應當置于絕緣墊上，試驗過程中人員應當遠離被測點。GB 4706.1-2005表16的規定值適用于空氣中的電氣間隙，在標準大氣壓力與溫濕度的條件下空氣的擊穿電壓為3000V/mm，所以試驗人員對試驗點能否被擊穿在試驗之前能當有一定的預判。

標準規定脈沖試驗電壓以不小于1s的間隔對每個極性施加3次脈沖，在實際檢測中脈沖電壓發生器充電時間往往較長，一秒鐘的時間間隔達不到想要的脈沖試驗電壓，所以建議時間間隔大于5s。

5 合格判定

GB 4706.1-2005標準中第19.11.4.4條款規定被測產品應當在電子斷開、待機狀態下和保護電子電路工作的情況下進行浪涌（沖擊）試驗，試驗過程中檢測人員應當觀察被測產品的狀態，被測產品在試驗中和試驗結束后不應變得可運行。

第14章的瞬態過電壓試驗中不應出現閃絡，實際檢測中是否出現閃絡有時很難判斷而且檢測人員近距離觀察閃絡情況有時比較危險，本文提供另外一種判斷瞬態過電壓試驗的合格判定方法。

瞬態過電壓試驗所使用的脈沖電壓發生器一般會提供一個輸出波形檢測端口，此端口也可以作為設備計量或者期間核查時用來檢測標準輸出波形。在試驗中可以將示波器連接到輸出波形檢測端口，如果被測產品未被擊穿，示波器會顯示一個符合GB/T 17627.1的開路電壓標準波形，見圖3。

示波器使用40:1的探頭，橫軸每格10μs，縱軸每格20V。

1.2 /50μs脈沖電壓波形，峰值電壓Ut=2950V。

如果產品被擊穿，示波器會顯示一個不規則波形，見圖4。

6 結束語

GB 4706.1-2005不但對產品的安全性能提出了嚴格的要求，對產品的電磁兼容特性也提出了更加嚴格的要求。分析安全測試與電磁兼容測試的特點與區別不僅有助于專業檢測人員掌握試驗的特性，也有助于設計人員在產品的設計初期能夠容易把握產品設計方案，從而更好的為消費者提供使用方便、安全放心的家電產品。

[1] GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求》

[2] GB/T 17626.5-2008《電磁兼容 試驗和測量技術 浪涌(沖擊)抗擾度試驗》

[3] GB-T 17627.1-1998《低壓電氣設備的高電壓試驗技術第一部分：定義和試驗要求》