低压成套开关设备电磁兼容抗扰度试验浅析

史 娜，张旭锋

（甘肃电器科学研究院，甘肃 天水 741000）

1 概述

随着我国电力技术的发展，低压成套产品种类增多，涉及到的电子元件也越来越丰富，各元器件之间会存在相互干扰相互影响的情况，为了实现各类电子元件相互配合下实现预期功能，我们提出了电磁兼容（EMC）这一概念并在验证试验中加入电磁兼容试验这一试验项目。根据产品的标准要求，低压成套设备电磁兼容试验总为2 类，即发射类和抗扰度类试验，其中发射类试验分为辐射发射和传导发射；抗扰度试验分为7 个试验类型，分别为静电放电抗扰度试验、射频电磁场辐射抗扰度试验、电快速瞬变脉冲群抗扰度试验、1.2/50 μs和8/20 μs浪涌抗扰度试验、射频传导抗扰度试验、工频磁场抗扰度试验和电压暂降和短时中断抗扰度试验。试验根据各个电磁兼容试验标准进行布置及试验，根据产品试验标准规定限值及判定准则判定是否合格。低压成套开关设备在进行电磁兼容试验后可继续其他试验或投入使用。

2 试验对象

以4 000 A/80 kA 低压智能开关柜进行分析，低压智能开关柜结构如图1 所示。额定电压为交流380 V，工作频率一般低于400 Hz，绝缘性能不低于1 000 V。一般用于工业建筑、工厂用电、电机控制等。

图1 低压智能开关柜结构框图

3 相关电磁兼容试验

3.1 试验目的

为验证低压成套设备控制回路能否满足《低压成套开关设备和控制设备第1 部分：总则》（GB/T 7251.1—2013）要求。

3.2 试验项目

3.2.1 试验一般要求

根据 《低压成套开关设备和控制设备第1 部分：总则》（GB/T 7251.1—2013）要求，试验分为2 部分：抗扰度试验和发射试验。一般根据试品工作环境或者厂商要求分为2 个试验环境：试验环境A和试验环境B。试验环境A 通常指与高压或中压变压器供电电网有关，它用于为生产输送装置或类似装置供电，一般工作在工业环境[1]；环境前参照具体情况选择具体的试验项目和具体试验等级。本次试验严格按照A 环境电磁兼容（EMC）抗扰度试验来做。

3.2.2 静电放电抗扰度试验

静电放电抗扰度试验模拟的是人体触碰设备时产生的静电放电对设备本身功能的影响，一般分为空气放电和接触放电[2]。在进行空气放电试验过程中应注意放电头与试验部位的距离应由远及近进行放电，试验部位应在正极性和负极性的放电位置确保一致以及空气放电位置一般为外壳、缝隙等部位。接触放电一般分为直接接触放电和间接接触放电2 类，进行直接接触放电时放电头与接触部位所在平面保持垂直进行接触放电，间接放电在垂直和水平耦合板进行放电。试验布置如图2 所示，试验等级及参数见表1。

图2 静电放电试验布置图

表1 静电放电试验等级及参数

3.2.3 射频电磁场辐射抗扰度试验

考察成套设备在80～1 000 MHz和1.4～2 GHz频段范围内对10 V/m 的电磁场强度下的抵抗能力，试验在半电波暗室内进行，试验过程中由天线将信号源和功率放大器产生的电磁场发射出去，试品则摆放在校准平面上进行试验，并用高清摄像头观察试品状态并对试品的敏感频点进行及时记录。试验过程中应注意功率探头的连接和功率放大器的使用情况，确保功率放大器及时散热。试验布置如图3 所示。

图3 射频电磁场辐射抗扰度试验布置图

3.2.4 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

主要考察成套设备电源、电信端口对于自切换的瞬态过程各种类型瞬变骚扰的抗扰度。试验中应注意试验设备与试品间的距离以及每个试验端口施加干扰的时间不少于60 s[3]。对于试品的电源端口施加电压为2 kV，重复频率为5 kHz 的脉冲群干扰。

3.2.5 1.2/50 μs和8/20 μs 浪涌抗扰度试验

浪涌试验主要考察电源端口雷电瞬态引起的浪涌信号的抗干扰能力[4]，分为共模和差模2种干扰形式，施加干扰的电压大小分别为2 kV和1kV。加干扰时从相位角0°、90°、180°和270°施加，正负极性的干扰各5 次。试验中应注意试验设备与试品间的距离，对于试品出现准则中的现象时应记录施加部位、施加个数及具体现象等内容。

3.2.6 射频传导抗扰度试验

射频传导抗扰度试验主要是针对被试设备，频率范围在0.15～80 MHz 内射频发射机电磁骚扰的传导抗扰度要求，试验通过耦合装置注入符合标准信号，记录设备对于骚扰信号的敏感程度。试验干扰是0.001 MHz 经过80%的调幅调制的载波，电压等级为10 V，一个频点停留的时间是1 s。试验过程中注意电缆间连接及试验现象记录。试验布置如图4 所示。

图4 射频传导抗扰度试验布置图

3.2.7 工频磁场抗扰度试验

工频磁场通常是工频电流通过设备产生的，设备处于工频磁场的环境中应该具备工频抗干扰性能[5]。工频磁场试验主要针对电气设备整机端口。试验过程中应该注意线圈与周围设备和人员保持一定距离，发生器与线圈的距离不能超过3 m，试验环境噪声低于试验选用等级至少20 dB。试验布置如图5 所示。

图5 工频磁场抗扰度试验布置图

3.2.8 电压暂降和短时中断抗扰度试验

开关设备在面对供电的电压值小于规定值，或是降到零时，再次恢复到正常电压后要有恢复正常工作的能力。对于此种现象设备需实施电压暂降和短时中断抗扰度试验，每个等级试验3 次，间隔时间为10 s。试验等级及参数见表2。

表2 电压暂降和短时中断抗扰度试验等级及参数

3.3 验收准则

3.3.1 验收准则A

在委托方规定的设备参数内正常运行。在干扰施加期间内试品的功能、信号、显示一切正常，试验结束后再次进行正常通电后试品能够正常运行。

3.3.2 验收准则B

在试验时设备功能暂时故障（包括屏幕或显示灯等出现闪烁或熄灭等），试验停止后试品功能可以自行恢复正常工作，不需要手动干预无需重启，试验结束后再次进行正常通电后试品能够正常运行。

3.3.3 验收准则C

在试验时设备功能出现故障，试验停止后试品功能无法自行恢复正常工作，需要手动干预或者重启才能恢复正常，试验结束后再次进行正常通电后试品能够正常运行。

3.3.4 验收准则D

试验过程中设备硬件或软件损坏，设备正常功能丧失，试验停止后状态不正常，重启后仍然无法恢复。

4 结束语

低压成套开关类设备在抗扰度类试验中应提前对受试样品型号规格及重要参数、对照试品说明书及结构图进行透彻分析和研究并制定试验计划。试验进行过程中时刻注意试验设备和受试设备的状态及参数设置的准确性。目前市面常见的开关电气设备通常由各种监测器件拼组而成，有些监测器件在电磁兼容方面还存在一些问题，在此次试验过程中，开关电气设备会在电快速瞬变脉冲群抗扰度试验中出现本不应发光的指示灯在干扰作用下发生闪烁现象。因此，进行电磁兼容试验也对低压成套设备的设备生产研发有很重要的意义。