低壓成套開關設備電磁兼容抗擾度試驗淺析

史 娜，張旭鋒

（甘肅電器科學研究院，甘肅 天水 741000）

1 概述

隨著我國電力技術的發展，低壓成套產品種類增多，涉及到的電子元件也越來越豐富，各元器件之間會存在相互干擾相互影響的情況，為了實現各類電子元件相互配合下實現預期功能，我們提出了電磁兼容（EMC）這一概念并在驗證試驗中加入電磁兼容試驗這一試驗項目。根據產品的標準要求，低壓成套設備電磁兼容試驗總為2 類，即發射類和抗擾度類試驗，其中發射類試驗分為輻射發射和傳導發射；抗擾度試驗分為7 個試驗類型，分別為靜電放電抗擾度試驗、射頻電磁場輻射抗擾度試驗、電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗、1.2/50 μs和8/20 μs浪涌抗擾度試驗、射頻傳導抗擾度試驗、工頻磁場抗擾度試驗和電壓暫降和短時中斷抗擾度試驗。試驗根據各個電磁兼容試驗標準進行布置及試驗，根據產品試驗標準規定限值及判定準則判定是否合格。低壓成套開關設備在進行電磁兼容試驗后可繼續其他試驗或投入使用。

2 試驗對象

以4 000 A/80 kA 低壓智能開關柜進行分析，低壓智能開關柜結構如圖1 所示。額定電壓為交流380 V，工作頻率一般低于400 Hz，絕緣性能不低于1 000 V。一般用于工業建筑、工廠用電、電機控制等。

圖1 低壓智能開關柜結構框圖

3 相關電磁兼容試驗

3.1 試驗目的

為驗證低壓成套設備控制回路能否滿足《低壓成套開關設備和控制設備第1 部分：總則》（GB/T 7251.1—2013）要求。

3.2 試驗項目

3.2.1 試驗一般要求

根據 《低壓成套開關設備和控制設備第1 部分：總則》（GB/T 7251.1—2013）要求，試驗分為2 部分：抗擾度試驗和發射試驗。一般根據試品工作環境或者廠商要求分為2 個試驗環境：試驗環境A和試驗環境B。試驗環境A 通常指與高壓或中壓變壓器供電電網有關，它用于為生產輸送裝置或類似裝置供電，一般工作在工業環境[1]；環境前參照具體情況選擇具體的試驗項目和具體試驗等級。本次試驗嚴格按照A 環境電磁兼容（EMC）抗擾度試驗來做。

3.2.2 靜電放電抗擾度試驗

靜電放電抗擾度試驗模擬的是人體觸碰設備時產生的靜電放電對設備本身功能的影響，一般分為空氣放電和接觸放電[2]。在進行空氣放電試驗過程中應注意放電頭與試驗部位的距離應由遠及近進行放電，試驗部位應在正極性和負極性的放電位置確保一致以及空氣放電位置一般為外殼、縫隙等部位。接觸放電一般分為直接接觸放電和間接接觸放電2 類，進行直接接觸放電時放電頭與接觸部位所在平面保持垂直進行接觸放電，間接放電在垂直和水平耦合板進行放電。試驗布置如圖2 所示，試驗等級及參數見表1。

圖2 靜電放電試驗布置圖

表1 靜電放電試驗等級及參數

3.2.3 射頻電磁場輻射抗擾度試驗

考察成套設備在80～1 000 MHz和1.4～2 GHz頻段范圍內對10 V/m 的電磁場強度下的抵抗能力，試驗在半電波暗室內進行，試驗過程中由天線將信號源和功率放大器產生的電磁場發射出去，試品則擺放在校準平面上進行試驗，并用高清攝像頭觀察試品狀態并對試品的敏感頻點進行及時記錄。試驗過程中應注意功率探頭的連接和功率放大器的使用情況，確保功率放大器及時散熱。試驗布置如圖3 所示。

圖3 射頻電磁場輻射抗擾度試驗布置圖

3.2.4 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗

主要考察成套設備電源、電信端口對于自切換的瞬態過程各種類型瞬變騷擾的抗擾度。試驗中應注意試驗設備與試品間的距離以及每個試驗端口施加干擾的時間不少于60 s[3]。對于試品的電源端口施加電壓為2 kV，重復頻率為5 kHz 的脈沖群干擾。

3.2.5 1.2/50 μs和8/20 μs 浪涌抗擾度試驗

浪涌試驗主要考察電源端口雷電瞬態引起的浪涌信號的抗干擾能力[4]，分為共模和差模2種干擾形式，施加干擾的電壓大小分別為2 kV和1kV。加干擾時從相位角0°、90°、180°和270°施加，正負極性的干擾各5 次。試驗中應注意試驗設備與試品間的距離，對于試品出現準則中的現象時應記錄施加部位、施加個數及具體現象等內容。

3.2.6 射頻傳導抗擾度試驗

射頻傳導抗擾度試驗主要是針對被試設備，頻率范圍在0.15～80 MHz 內射頻發射機電磁騷擾的傳導抗擾度要求，試驗通過耦合裝置注入符合標準信號，記錄設備對于騷擾信號的敏感程度。試驗干擾是0.001 MHz 經過80%的調幅調制的載波，電壓等級為10 V，一個頻點停留的時間是1 s。試驗過程中注意電纜間連接及試驗現象記錄。試驗布置如圖4 所示。

圖4 射頻傳導抗擾度試驗布置圖

3.2.7 工頻磁場抗擾度試驗

工頻磁場通常是工頻電流通過設備產生的，設備處于工頻磁場的環境中應該具備工頻抗干擾性能[5]。工頻磁場試驗主要針對電氣設備整機端口。試驗過程中應該注意線圈與周圍設備和人員保持一定距離，發生器與線圈的距離不能超過3 m，試驗環境噪聲低于試驗選用等級至少20 dB。試驗布置如圖5 所示。

圖5 工頻磁場抗擾度試驗布置圖

3.2.8 電壓暫降和短時中斷抗擾度試驗

開關設備在面對供電的電壓值小于規定值，或是降到零時，再次恢復到正常電壓后要有恢復正常工作的能力。對于此種現象設備需實施電壓暫降和短時中斷抗擾度試驗，每個等級試驗3 次，間隔時間為10 s。試驗等級及參數見表2。

表2 電壓暫降和短時中斷抗擾度試驗等級及參數

3.3 驗收準則

3.3.1 驗收準則A

在委托方規定的設備參數內正常運行。在干擾施加期間內試品的功能、信號、顯示一切正常，試驗結束后再次進行正常通電后試品能夠正常運行。

3.3.2 驗收準則B

在試驗時設備功能暫時故障（包括屏幕或顯示燈等出現閃爍或熄滅等），試驗停止后試品功能可以自行恢復正常工作，不需要手動干預無需重啟，試驗結束后再次進行正常通電后試品能夠正常運行。

3.3.3 驗收準則C

在試驗時設備功能出現故障，試驗停止后試品功能無法自行恢復正常工作，需要手動干預或者重啟才能恢復正常，試驗結束后再次進行正常通電后試品能夠正常運行。

3.3.4 驗收準則D

試驗過程中設備硬件或軟件損壞，設備正常功能喪失，試驗停止后狀態不正常，重啟后仍然無法恢復。

4 結束語

低壓成套開關類設備在抗擾度類試驗中應提前對受試樣品型號規格及重要參數、對照試品說明書及結構圖進行透徹分析和研究并制定試驗計劃。試驗進行過程中時刻注意試驗設備和受試設備的狀態及參數設置的準確性。目前市面常見的開關電氣設備通常由各種監測器件拼組而成，有些監測器件在電磁兼容方面還存在一些問題，在此次試驗過程中，開關電氣設備會在電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗中出現本不應發光的指示燈在干擾作用下發生閃爍現象。因此，進行電磁兼容試驗也對低壓成套設備的設備生產研發有很重要的意義。