影响电压暂降抗扰度试验结果的原因

陈朝霞，宋盟春，刘思胜

广东省医疗器械质量监督检验所 （广东广州 510663）

GB/T 30137-2013《电能质量 电压暂降与短时中断》中对电压暂降的定义为：电压暂降是指电力系统中某点工频电压均方根值突然降低至额定电压的10%～90%，并在短暂持续10 ms 至1 min 后恢复正常的现象[1]。引起电压暂降的原因在于，线路在短时间内出现远超正常情况的电流，一般是由电网、电力设施故障（主要是短路），或负荷突然出现较大变化（如大功率设备启动等）引起。虽然电压暂降的持续时间并不很长，但仍可能造成电气设备接触器跳闸、电压调整器误动作、逆变器转换失败等后果[2]。解决电压暂降引起的电气设备故障，最有效的办法是增强电气设备的抗扰能力，而电压暂降抗扰度试验的目的则是评价电气设备承受电网电压暂降的能力。本研究基于日常检验案例，从测量不确定度主要影响因素的角度，分析试验设备自身误差对电压暂降抗扰度试验结果造成的影响，为电压暂降抗扰度试验结果的可靠性评价提供指导。

1 电压暂降测试原理及要求

电压暂降现象本质上是随机的，为了在实验室进行模拟，可以用额定电压的偏离值和持续时间进行最低限度的表征。常用的电压暂降试验发生器有两种，即采用调压器和电子开关进行电压暂降的试验发生器和采用功率放大器进行电压暂降的试验发生器。电压暂降抗扰度试验的主要依据是GB/T 17626.11-2008《电磁兼容 试验和测量技术 电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验》[3]。电压暂降属于二维的电磁干扰，其等级由剩余电压和持续时间决定，其中剩余电压一般以相对于基准电压的百分比表示。GB/T 17626.11-2008中以设备的额定工作电压（UT）为基准电压。当受试设备的额定电压为宽电压时，若额定电压的范围不超过其低端电压值的20%，则可在该范围内规定一个电压作为基准电压；若额定电压的范围超过其低端电压值的20%，则应在额定电压范围的最低电压和最高电压下进行试验[4]。例如，受试设备的额定电压为100～240 V，应选取100 V 和240 V 两种电压作为试验的基准电压。受试设备由电压暂降试验发生器供电，试验发生器的电压按照试验等级要求进行变化。试验时，应使用制造商规定的最短电源电缆，将受试设备连接到试验发生器上进行试验。

本研究主要讨论医用电气设备的电压暂降抗扰度试验，医用电气设备的电压暂降试验电平见表1。对于额定输入功率为1 kVA 或低于1 kVA 的设备和系统，以及所有生命支持类设备和系统，应在表1规定的抗扰度试验电平基础上符合YY 0505-2012《医用电气设备 第1-2部分 安全通用要求并列标准：电磁兼容 要求和试验》[5]中36.202.1j)的要求。对于额定输入功率大于1 kVA，且额定输入电流小于或等于每相16 A 的非生命支持类设备和系统，只要保证设备和系统安全，不发生组件损坏并可通过操作者干预恢复到试验前状态，则允许在表1规定的抗扰度试验电平基础上偏离YY 0505-2012中36.202.1j)的要求。对于额定输入电流超过每相16 A 的非生命支持类设备和系统，免于表1规定的试验。

表1 医用电气设备电压暂降的抗扰度试验电平

2 案例分析

2.1 案例描述

某医疗产品分别使用实验室两台正常使用的试验设备进行电源供电输入线上的电压暂降抗扰度试验，出现了试验结果不一致的现象。该产品的输入电压为AC 100～240 V，50/60 Hz，额定输入电流为2.2 A Max。根据YY 0505-2012标准的要求，该产品应在最小额定输入电压和最大额定输入电压下进行试验，即当UT为100 V 和240 V 时分别进行电压暂降试验。当UT为240 V、试验电平为70%UT时，分别使用试验设备A 和试验设备B 进行电压暂降试验，均能正常工作，未出现非预期的性能降低，试验结果均合格；而当UT为100 V、试验电平为70%UT时，两台设备的试验结果不一致。使用试验设备A 进行试验时，该产品未出现非预期的性能降低，试验结果为合格；使用试验设备B 进行试验时，该产品暂停工作并自动重启，需要测试人员手动干预才能恢复正常工作。根据YY 0505-2012中36.202.1j)的要求，试验中不允许出现任何预期运行的终止或中断，因此判定试验结果为不合格。

2.2 原因分析

从测量不确定度的主要影响因素角度分析，影响电压暂降抗扰度试验结果的主要因素包括测试人员、测试环境和电压暂降测试系统3方面。由于电压暂降抗扰度试验主要由测试人员选择测试标准，通过测试系统控制完成，且测试时环境温、湿度均控制在安全标准规定的范围内，因此基本可以排除测试人员操作和测试环境温、湿度对电压暂降试验结果的影响，应重点对两套电压暂降抗扰度测试系统进行分析。又由于两台电压暂降试验发生器的供电电源相同，因此对试验结果的分析主要围绕试验发生器进行。

根据GB/T 17626.11-2008的要求，试验发生器空载时的输出电压应在±5%剩余电压值内；电压暂降持续时间允许误差为±10%（来源于校准证书）。查阅A、B 两台试验发生器的校准证书，试验输出电压和暂降持续时间的误差见表2。由表可知，两台试验发生器的差异主要体现在试验输出电压的误差上，一台发生器的误差为正，另一台发生器的误差为负。由此分析，两台试验设备出现试验结果不一致的原因可能是试验设备A 的试验输出电压误差为正误差，实际试验输出电压略高于标称值，试验设备B 的试验输出电压误差为负误差，实际试验输出电压略低于标称值，而该产品电压暂降耐受曲线恰好落于A、B 两台试验设备的试验输出电压之间。

表2 两台试验发生器的校准误差

由于电压暂降抗扰度测试系统的使用频率较高、元器件老化、试验环境变化等均会造成校准周期内设备故障或功能降低，因此，为验证试验结果的准确性和可靠性，还应对A、B 两台试验发生器的试验输出电压进行核查。核查设备由电压暂降试验发生器、差分探头（100倍衰减）和示波器组成。按照图1所示，将相关设备进行连接，确认连接无误后，根据GB/T 17626.11-2008进行核查，并记录核查数据。

图1 核查设备连接图

由于试验结果不一致出现在UT为100 V、试验输出电压为70%UT时，因此对70%UT的试验输出电压进行核查分析。试验时，将试验发生器供电电源的输出电压调节至100.0 V，频率设置为50 Hz（根据GB/T 17626.11-2008的要求，电源电压应在2%的准确度之内，频率在额定频率±2%以内）。核查结果见表3和图2、3。

表3 核查结果

图2 试验设备A 额定输出电压结果

图3 试验设备B 额定输出电压结果

2.3 试验验证

两台试验设备的核查结果均为正常，试验输出电压和电压暂降持续时间均在标准允许的误差范围内，与校准证书基本吻合，试验设备A 的试验输出电压存在正偏差，试验设备B 的试验输出电压存在负偏差，再次验证了两台试验设备出现试验结果不一致现象的原因。为了进一步评估该产品的电压暂降抗扰度，将试验发生器供电电源的输出电压由100.0 V 调节至101.1 V（仍在2%的准确度之内），使试验设备B 在70%UT试验电平时的输出恰好为70 V 时，对该产品进行多次试验均未出现非预期的性能降低，试验结果为合格。基于该产品，通过对开关电源储能电容的充、放电过程进行分析，考虑可以提高开关电源的储能电容容量，以保证电源输出端在放电过程中保持持续的电流，进而提高该产品的电压暂降抗扰能力。

3 小结

电压暂降抗扰度试验应使用高精度和高稳定度的供电电源，同时应关注电压暂降试验发生器的准确度。在该试验中，两台电压暂降试验发生器的误差分别为正误差和负误差，受试设备门限电压恰好落在电压暂降抗扰度试验的误差范围内，可能会出现两台试验设备试验结果不一致的问题。从不确定度分析的角度考虑，电压暂降需要关注试验发生器额定输出电压为负误差对试验结果带来的影响，试验时可稍微调高试验发生器的供电电源电压，使试验发生器的试验输出电压等于标称值，验证受试设备是否合格。针对这类电压暂降的门限电压较为临界的产品，我们建议对产品进行整改，以提高抗扰度裕量，保证产品质量，降低产品量产中差异带来的不合格风险。