第8章 电磁兼容试验

第8章电磁兼容试验第2

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EMC试验技术发展

EMC试验项目内容提纲静电放电抗扰度试验电快速瞬变脉冲群抗扰度试验浪涌抗扰度试验射频辐射抗扰度试验工频磁场抗扰度试验脉冲磁场抗扰度试验阻尼振荡磁场抗扰度试验厚德弘毅博学笃行第3

页电磁兼容（ElectromagneticCompatibility，简称EMC）是一门新兴的综合性学科，电磁兼容学科主要研究如何使在同一电磁环境下工作的各种电子电气设备和元器件都能正常工作，互不干扰，从而达到兼容状态。电磁骚扰是指任何可能引起设备性能降低或对有生命物质产生损害作用的电磁现象。来源于自然现象的电磁骚扰，称为自然骚扰；由机电或其他人为装置产生的电磁骚扰，称为人为骚扰。电磁干扰则是指由电磁骚扰引起的设备或传输通道性能的下降。厚德弘毅博学笃行第4页EMC包括两方面的内容，一方面指系统或设备对所处环境中的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性（ElectromagneticSusceptibility，简称EMS）；另一方面指设备在正常运行过程中对其所在环境的电磁干扰不能超过一定限值，即电磁干扰（ElectromagneticInterference，简称EMI）。

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页第一部分EMC试验技术发展厚德弘毅博学笃行第6

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早期的EMC测试处于电磁干扰诊断阶段，当时的电子系统工程，一般按照设计、加工、总装调试的顺序依次进行，导致在系统联调过程中往往出现各种问题。检测工具则通常使用通用的电子仪器设备，如早期生产的示波器、频谱分析仪等。

研究人员在实践中花费了大量的精力去研究并制定各种EMC的标准，这些标准规定了电磁干扰的极限值，同时也规定了测量方法。自此，EMC试验技术进入到了标准规范化阶段。厚德弘毅博学笃行第7

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国际电工委员会电磁兼容顾问委员会（AdvisoryCommitteeonElectromagneticCompatibility，简称ACEC），在国际电工委员会中协调CISPR、TC77及其他TC和国际组织在EMC领域的协作关系。ACEC为CISPR、TC77确定了两个基本原则：①CISPR主要负责频率高于9kHz的所有无线电通讯保护设备的产品发射标准，低于9kHz的发射主要由TC77负责。确定限值时，CISPR和TC77要考虑特定产品的特性或安装。IEC各产品委员会以CISPR和TC77制定的限值为依据制定产品标准应向CISPR和TC77咨询。②产品抗扰度标准由相关的产品委员会负责制定，而TC77只负责制定抗扰度的基础标准。厚德弘毅博学笃行第8

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我国运用电磁兼容试验技术，多起始于60年代前后，当时试验室条件简陋，测试设备多半是国内自行研制的简易测量设备，测试手段也比较落后。改革开放后，先进的电子测试设备大量涌进中国市场。

我国的EMC标准绝大多数引进国际标准，其来源包括：国际无线电干扰特别委员会出版物，例如GB/T6113，GB14023；国际电工委员会，例如GB4365，GB/T13926；部分引自美国军用标准，例如GB15540；部分引自国际电信联盟有关文件，例如GB/T15658；以及根据我国自己的科研成果制定的标准，例如GB/T15708。我国的很多EMC标准都采用了CISPR和IEC标准。实际上，世界上大多数国家采用CISPR和IEC的标准。

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页第二部分EMC试验项目厚德弘毅博学笃行第10

页EMC分为EMS和EMI，

EMS又分为传导抗扰度（CS）和辐射抗扰度（RS）两部分，其试验项目包括静电放电抗扰度试验（ESD）、电快速瞬变脉冲群抗扰度试验（EFT）、浪涌抗扰度试验、射频辐射抗扰度试验、工频磁场抗扰度试验、电压暂降及短时中断抗扰度试验（DIPS）。

EMI分为传导干扰（CE）和辐射干扰（RE），其试验项目包括传导测试、辐射测试、功率辐射测试、电流谐波测试、电压波动测试及闪烁、磁场辐射等。厚德弘毅博学笃行第11

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如图所示为EMC分支树。对于EMS试验，其性能判据可分为4个等级。A级：试验中性能指标正常；B级：试验中性能暂时降低，功能不丧失，试验后能自行恢复；C级：功能允许丧失，但能自恢复，或操作者干预后能恢复；R级：除保护元件外，不允许出现因设备（元件）或软件损坏或数据丢失而造成不能恢复的功能丧失或性能降低。厚德弘毅博学笃行第12

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以变电站为例，变电站内的各种高中低压设备器件种类繁多，这也就导致站内的电磁环境比较复杂，尤其是各种开关和感性器件的切合动作会使其周围的瞬间电磁环境变化频繁。站内主要设备如变压器、GIS、断路器、MOA避雷器、容性设备等设备产生或者受到的常见电磁干扰如图所示。厚德弘毅博学笃行第13

页序号试验项目试验标准试验满足要求1静电放电GB/T17626.24级抗扰度2射频电磁场辐射GB/T17626.33级抗扰度3电快速瞬变脉冲群抗扰度GB/T17626.44级抗扰度4浪涌（冲击）GB/T17626.54级抗扰度5射频场感应的传导骚扰GB/T17626.63级抗扰度6工频磁场GB/T17626.85级抗扰度7电压暂降、短时中断GB/T17626.11电压暂降60%UT、持续10个周波8脉冲磁场GB/T17626.95级抗扰度9阻尼震荡磁场GB/T17626.105级抗扰度变电设备在线监测装置具备的电磁兼容性能厚德弘毅博学笃行第14

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带静电的物体进行放电时会产生放电电流，这个放电电流会产生短暂的高强度电磁场。放电时产生的短暂放电电流和相应的电磁场可能引起电气、电子设备发生故障，甚至损坏，如导致半导体器件接口的烧毁、场效应管的失效、监测装置的短暂失控以及重启、信号的紊乱、程序和数据的损失、逻辑错误等。ESD抗扰度试验的目的就是检验电气、电子设备或监测系统在遭受这类静电放电骚扰时的抗干扰性能。其中，人体是损坏器件的主要ESD源。ESD抗扰度试验就是模拟人体、物体在接触设备时产生的静电放电或人体、物体对临近物体的放电。其作用的方式主要有两种：①直接通过能量的交换引起器件的损坏；②放电所引起的近场（电场和磁场的变化），造成设备的误动作。静电放电抗扰度试验厚德弘毅博学笃行第15

页ESD抗扰度试验的设备连接示意图如图所示。其中EUT（EquipmentUnderTest）为被测设备，使用静电枪对被测设备的不同部位进行放电试验以检测设备的ESD抗扰度性能。静电放电发生器（ESDGenerator）即静电放电模拟器(ESDSimulator)，俗称静电放电枪(ESDGun)，是电磁兼容测量与试验中静电放电抗扰度试验中的重要设备，目的是为了检验电子设备受到外来静电放电时能否正常工作，是国际电工委员会标准的唯一试验设备。ESD抗扰度试验设备连接示意图厚德弘毅博学笃行第16

页静电放电发生器及静电枪静电放电发生器主要是应用于系统级电子设备如手机、电脑的抗人体金属模型静电放电试验，包括静电发生器和静电放电枪，如图所示。静电放电发生器中的静电发生器的输出有正也有负，它们的电压双极性高精度输出连续可调，同时适用于更多的应用领域以及未来新标准的要求，所以静电放电发生器可用于绝大多数电气与电子设备的静电放电试验。厚德弘毅博学笃行第17

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由于ESD抗扰度试验主要测试的是被测设备对ESD抗扰度性能，同时放电测试点可以最大程度地测试被测设备的ESD抗扰度性能，选择被测设备的放电测试点变得尤为重要。测试点可以包括以下位置：（1）与地之间具有电气隔离的金属外壳部分；（2）控制区或键盘区的任何位置，或人机接口的任何位置，如开关、旋钮以及其他操作可接触的位置；（3）指示器、LED(LCD)、插槽、连接器槽等；（4）其它任何可能受到静电干扰的位置。

测试位置选择厚德弘毅博学笃行第18

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早期研发的输电线路雷击故障录波及定位系统的线上监测终端，图中1为做ESD抗扰度试验时选择的静电放电测试点。厚德弘毅博学笃行第19

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由于ESD抗扰度试验对环境的变化较为敏感，所以测试场地必须满足以下几个条件才能进行ESD抗扰度试验，以保证试验的精度。（1）测试场地必须控制温湿度：温度在15℃~35℃，湿度30%RH~60%RH；（2）测试桌上除了摆放待测设备外，不得摆放其它不相干的物体以免影响试验精度；（3）静电放电发生器使用前必须进行检查，以确保输出正常；（4）EUT和测试地的墙壁及任何金属物必须保持1m以上的距离。

试验条件厚德弘毅博学笃行第20

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各项准备工作完成后即可开始ESD抗扰度试验，试验过程就是用静电放电枪对已经选择的测试点进行一定次数（一般为5次或10次）和一定时间（1s~5s不等）的接触放电或空气放电(根据待测设备的不同特性选择)，静电放电电压也有不同的等级，具体试验等级如表所示。接触放电空气放电等级试验电压(±)，kV等级试验电压(±)，kV12122424363848415X待定X待定第21

页电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

当电感性负载（如继电器、接触器等）在断开时，由于开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因，在断开处将产生瞬态骚扰。当电感性负载多次重复开关，则脉冲群又会以相应的时间间隙多次重复出现。

该试验是一种将由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群耦合到EUT的电源、信号、控制和接地端口的试验。试验脉冲的特点是：瞬变脉冲具有上升时间短、重复出现、能量低等特点。该试验的目的是检验电气和电子设备在遭受这类暂态骚扰影响时的性能。第22

页(a)单个脉冲群波形EFT脉冲群试验中的脉冲群一般持续时间为15ms，脉冲群间隔为300ms，单脉冲宽度为50ns，脉冲上升沿为5ns，脉冲群重复率为2.5kHz，如图(a)、(b)所示。

(b)EFT脉冲群试验波形第23

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设

备

布

局

试验中此脉冲群由信号发生器产生，配合其它设备来检测被测设备的EFT脉冲群抗扰度，试验设备布局如图所示。第24

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接地参考平面应为一块最小厚度为0.25mm的金属板（铜或铝），也可以使用其他的金属材料，但它们的最小厚度不小于0.65mm。参考接地板（必须与保护接地相连）的外围至少比被试品每边的几何投影尺寸大出0.1m。耦合板和所有其他导电性结构之间的最小距离为0.5m。耦合装置和受试设备之间的信号线和电源线的长度应为0.5m±0.05m。受试品应放置在接地参考平面上，并用厚度为0.1m±0.01m的绝缘支座与之隔开，若被试设备为台式设备，则应位于接地平面上方0.8m±0.08m处，受试品和所有其它具有导电性的结构（例如屏蔽室的墙壁）之间的最小距离应大于0.5m。注意事项第25

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在布局试验设备和被测设备的过程中，要保证测试场地和测试平台满足一些基本条件：①测试场地必须控制温湿度：温度在15℃~35℃，湿度30%RH~60%RH；②测试桌上除了摆放待测设备外，不得摆放其它不相干的物体以免影响试验精度。

根据不同的被测设备选择被测方所要求的试验等级，如表所示。

等级供电单元端口输入/输出信号、数据和控制端口脉冲电压峰值(kV)重复频率(千次/s)脉冲电压峰值(kV)重复频率(千次/s)10.550.2552150.5532515442.525X待定第26

页浪涌抗扰度试验

浪涌，顾名思义就是超出正常工作稳定值的瞬间电压和电流峰值。在智能电网电力系统中有很多种情况会产生浪涌，主要分为内部浪涌和外部浪涌两种情况。内部浪涌主要指电力系统内部开关瞬态产生的浪涌，有以下几种情况：（1）主要的电力系统切换骚扰，例如电容器组的切换；（2）配电系统中较小的局部开关动作或负载变化；（3）与开关器件（如晶闸管）相关联的谐振现象；（4）各种系统故障，例如设备组合对接地系统的短路和电弧故障。第27

页外部浪涌主要由雷电瞬态引起，主要有以下几种情况：(1)直接雷，它击于外部（户外）电路，注入的大电流流过接地电阻或外部电路阻抗而产生电压；(2)间接雷（即云层之间或云层中的雷击或附近物体的雷击产生的电磁场），它在建筑物内、外导体上产生的感应电压和电流；(3)附近直接对地放电的雷电电流，当它耦合到设备组合接地系统的公共接地路径时产生感应电压。第28

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浪涌抗扰度试验的目的就是为了评价电气和电子设备对上述浪涌的抗干扰能力。

试验设备布局如下图所示，其中的EUT为待测设备，耦合网络应根据不同测试点选用以下其中一种耦合电路：①用于电源或控制线的电容耦合（并联耦合）；②用于电源或控制线的电感耦合（通过串联变压器耦合）；③用于通讯线路的气体放电管耦合。同时还应配备去耦电路即反向滤波器。第29

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在布局试验设备和被测设备的过程中，要保证测试场地和测试平台满足一些基本条件：①测试场地必须控制温湿度与气压：温度在15℃~35℃，湿度在30%RH~60%RH，大气压力8686kPa~106kPa；②测试桌上除了摆放待测设备外，不得摆放其它不相干的物体以免影响试验精度；③实验室应单独设置，避免其电磁环境影响试验结果。基本条件第30

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波形发生器原理接线图如下图所示。其中，U为高压电源电压，RC为充电电阻，CC为储能电容，RS1、RS2为波长形成电阻，Rm为阻抗匹配电阻，Lm为阻抗匹配电感。第31

页GB/T17626.5-2008描述了两种不同的波形发生器，其输出试验波形为短路电流和开路输出电压。短路输出电流要在0.25kA~2kA以上，误差±10%，开路输出电压等级如下表所示。等级电源耦合方式线——线线——地0NA1NA0.520.51.031.02.042.04.0X待定浪涌抗扰度电压等级厚德弘毅博学笃行第32

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浪涌抗扰度试验的过程分三步：①将同样的电压施加于电源端口上以及I/O接口上；②正负极性电压各至少试验5次，每次可叠加在交流电压的不同相位上；③两次浪涌之间的间隔时间取决于内部保护装置的恢复时间，重复率最快为1次/min。下图列举了电源端口、报警端口和以太网端口的配置情况。（a）电源端口测试配置厚德弘毅博学笃行第33

页（b）报警端口测试配置厚德弘毅博学笃行第34

页（c）以太网端口测试配置第35

页射频辐射抗扰度试验射频辐射会产生电磁场，对设备的干扰往往是由设备操作、维修和安全检查人员在使用电磁辐射源产生的，汽车点火装置、电焊机、晶闸管整流器、荧光灯工作时产生的寄生辐射(以上属无意发射)也都会产生射频辐射干扰。电力系统在运行过程中也会产生射频电磁辐射，影响电力设备的稳定运行。电力系统中，高压与超高压输配电线路导体表面电场强度很强，常引发电晕放电和间隙放电，产生射频电磁辐射。第36

页目前，智能监测设备的远程无线通信一般采用的是GSM、GPRS、3G、4G通讯，这些都是射频设备。对于一些数据量比较大的智能监测设备来说，这些通讯单元的平均开启时间较长、较频繁，同时也就导致设备周围的射频辐射磁场环境比较复杂，有可能影响智能监测设备其它单元器件的正常工作。因此，考虑智能监测设备对此类射频辐射电磁场的抗干扰性能是十分必要的。而射频辐射抗扰度试验的目的就是检验设备对辐射电磁能的装置所产生的电磁场的抗干扰能力。试验所采用的电磁波频率设定在80MHz～1000MHz范围内，使用1kHz的正弦波进行调幅，调制度为80%。第37

页射频辐射抗扰度试验要求：在没有放置待测设备时进行试验的实验室空间应能保持均匀电磁场环境。为了满足这个条件，试验空间一般采用以下两种方法：（1）带状线横电磁波测试室带状线横电磁波测试室，又叫平行板传输线测试室，为敞开结构，示意图如图所示。其中，es为信号电源，ZS为电源阻抗，ZL为负载阻抗。第38

页（2）横向电磁波传输室横向电磁波传输室是一种封闭式的矩形金属机构，它是由两端呈方(矩)锥形的一段方(矩)形同轴传输线所构成，小室的中央放置一块金属板，称为芯板。在芯板上放置试品，芯板和外壳(外屏蔽)之间用高频介质棒隔开。示意图如图所示。第39

页在射频辐射抗扰度测试过程中，为了消除外界因素对试验的骚扰，射频辐射电磁场抗扰度试验应在屏蔽室内进行。当在屏蔽室内进行试验时，应注意以下几点：（1）试品和试验设备应由三相电源中不同的相分别供电，以减少试验设备和试品之间的相互影响；（2）在屏蔽室内不要使用日光灯，因为它是一种宽带骚扰源；（3）安装设备时，应使来自墙壁的反射为最小；（4）在试验中，不必要的人员和物体均应离开屏蔽室，以减少分布电容和反射造成的测量误差。注意事项第40

页射频辐射抗扰度试验等级等级磁场强度(V/m)1123310X待定第41

页工频磁场抗扰度试验工频磁场是由导体中的工频电流产生的，或极少量的由附近的其他装置所产生，电力系统正常运行状态下，不同电压等级的电力设施产生的工频磁场强度如表所示：对象名称或参数磁场强度（A/m）500kV及750kV户外配电装置380kV架空输电线路10～1001～40330kV架空输电线路10～100110kV架空输电线路0.1～2.06～35kV架空线路0.1～26kV母线桥40～1006kV户内配电装置200第42

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试验的基本配置包括参考接地板、待测设备EUT、感应线圈与电流发生器，设备布局如图所示。试验配置工频磁场抗扰度试验设备布局第43

页工频磁场发生器原理接线图如图所示，利用控制回路C控制双向可控硅导通的相位和时间，以调节电流的大小并得到连续工频电流试验或短时工频电流试验。工频磁场发生器原理接线图第44

页工频磁场抗扰度试验等级等级磁场强度A/m工频稳态磁场工频短时磁场11—23—310—43030051001000X

待定

待定第45

页脉冲磁场抗扰度试验当雷击建筑物或者其他金属架构以及低压、中压和高压电力系统中故障的起始暂态会产生脉冲磁场，在高压变电站，断路器切合高压母线和高压线路也都会产生脉冲磁场。脉冲磁场抗扰度试验的目的是检验设备对雷击产生的脉冲磁场的抗干扰能力。试验主要适用于安装在工业设施和发电厂以及中压和高压变电站的电子电气设备，对于配电网中的电子电气设备，只在特殊情况下才进行此项试验。第46

页脉冲磁场抗扰度试验设备布局如图所示(以台式设备为例)。图中，GRP为接地平面，C1为供电回路，A为安全接地，C2为信号回路，S为绝缘支座，L为通信线路，EUT为被测设备，B接电源，Is为感应线圈，D接信号源、模拟器，E为接地端子，G接至脉冲磁场试验发生器。第47

页脉冲磁场试验发生器的原理接线图如图所示。图中，U为高压电源，LR为上升时间整形电阻，RC为充电电阻，Rm为阻抗匹配电阻，RC为储能电阻，RS1、RS2为脉冲宽度整形电阻。第48

页脉冲磁场试验发生器的输出电流波形为6.4/16，波形如图所示。在试验过程中，应该对被测设备在每个垂直方向上在每一种极性下进行至少5次脉冲磁场试验，脉冲之间的时间间隔应不小于10秒。第49

页脉冲磁场抗扰度试验等级等级脉冲磁场强度(A/m)峰值1—3100430051000X待定需要指出的是，较高级别的设备线路可以进入严酷等级较低的环境。第50

页阻尼振荡磁场抗扰度试验当发电厂或高压变电站中的隔离开关切合的瞬间时，在其附近的空间会产生衰减的振荡磁场，即阻尼振荡磁场。所以阻尼振荡磁场抗扰度试验的目的是检验安装在发电厂或高压变电站中的电子电气设备对这类阻尼振荡磁场的抗干扰能力。阻尼振荡磁场抗扰度试验主要适用于安装在发电厂和高压变电站中的电子电气设备。

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