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智能高压电器磁场及传导抗扰度屏蔽室的电磁环境电平研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-01-18  浏览次数: 172
核心提示:表 2 MFCS 最低试验电平Tab. 2 The lowest test level of MFCS试验标准 最低电平瞬态电压GB/T 17626.22006 2 000 VGB/T 17626.42
 表 2 MF & CS 最低试验电平
Tab. 2 The lowest test level of MF & CS试验标准 最低电平瞬态电压GB/T 17626.2—2006 2 000 VGB/T 17626.4—2008 250 V(共 模)GB/T 17626.5—2008 500 V(共 模)GB/T 17626.12— 【高压断路器】1998 250 V(差 模)GB/T 17626.13—2006 3.3 V(共 模 ,差 模)
GB/T 17626.27—2006 4.4 V
连续电压
GB/T 17626.6—2008 RMS:1 V,峰 值 :1.4 VGB/T 17626.16—2007稳态 RMS:1 V,峰值:1.4 V;瞬态 RMS:10 V,峰值:14.2 V。磁场强度GB/T 17626.8—2006 1 A/m(稳 态),300 【高压断路器】 A/m(瞬 态)GB/T 17626.9—1998 100 A/m(瞬 态)GB/T 17626.10—1998 100 A/m(瞬 态)表 1 MF & CS 试验项目Tab. 1 MF & CS test items序号 试验名称 标准依据 高压断路器
1 静 电 放 电(ESD)抗 扰 度 GB/T 17626.2—2006
2电快速瞬变脉冲群EFT)抗 扰 度GB/T 17626.4—2008
3 浪 涌(冲 击)抗 扰 度 GB/T 17626.5—2008
4 射 频 场 感 应 的 传 导  【高压断路器】抗 扰 度 GB/T 17626.6—2008
5 工 频 磁 场 抗 扰 度 GB/T 17626.8—2006
6 脉 冲 磁 场 抗 扰 度 GB/T 17626.9—1998
7 振 荡 波 磁 场 抗 扰 度 GB/T 17626.10—1998
8交流电压暂降、短时中断和电压变化(DIV)的抗扰度GB/T 17626.11—2008
9 振 荡 波 抗 扰 度 GB/T 17626.12—1998
10电流 电源端口谐波、谐间波及电网信号的低频抗扰度GB/T 17626.13—2006
11 电 压 波 动 抗 扰 度 GB/T 17626.14—2005
120 Hz~150 k Hz 共  【高压断路器】模传导骚扰抗扰度GB/T 17626.16—2007
13直流电源输入端口纹波抗 【高压断路器】扰度GB/T 17626.17—2005
14 三 相电压不 平 衡 抗 扰 度 GB/T 17626.27—2006
15 工 频 频 率变 化 抗 扰 度 GB/T 17626.28—2006
16直流电源输入端口电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度GB/T 17626.29—2006该类屏蔽室的规划、建设和验收提供技术参考。1 MF & CS 试验项目
MF & CS 试验项目见表 1。 依据表 1 所列 MF & CS试验项目,结合对应的 EMC 标准[11-27],分析得到智能 高压电器 MF & CS 试验的最低试验电平,见表 2。
2 最低试验电平
从表 2 得:瞬态电压的最低电平为 3.3 V(共模/差模)@GB/T 17626.13—2006;连续波电压的最低电平为 【高压断路器】:1 Vrms(共模)@GB/T 17626.6—2008;稳态磁场的最低磁场强度为 1 A/m, 瞬态磁场的最低磁场 【高压断路器】强度为 10 A/m。3 MF & CS 屏蔽室电磁环境电平要求及控制
3.1 电磁环境电平要求
在 CNAS-CL16:2010 之“5.3 设施与环境电平”中对 CS 试验的环境电平规定为 “传导抗扰度检测应具备屏蔽室或保证环境引入的传导干扰满足相应标准的要求。 ”在 CNAS-GLxx 中,对该规定的执行做了进一步的细化,即“传导抗扰度检测应具备屏蔽室或保证环境引入的传导干 【高压断路器】扰比相应标准规定的抗扰度限值低 20 d B 的试验场所。 ” 从这两个规定来看,CS 试验需在电磁屏蔽室内进行,而 CNAS-GLxx
则定量规定了电磁环境电平, 即需比拟建屏蔽室内需完成的所有 MF & CS 试验的最低试验电平低 20 d B,这就为工程上验收屏蔽室的电磁环境电平提供了依据。 按照这个规定,结合表 2,可以计算出 MF & CS蔽室需 【高压断路器】达到的电磁环境电平为:1)瞬态电压为 0.33 V,连续波(稳态)电压为 0.1 V;2)稳态磁场强度为 0.1 A/m,瞬态磁场强度为 1 A/m。要达到上述电磁环境电平,这就需要对电源线上的骚扰电压和周围空间的骚扰磁场分别 【高压断路器】进行控制。
3.2 电源线上的 【高压断路器】电磁环境电平控制
根据上述分析,为了达到电磁环境电平的要求,在电源线上的电磁骚扰抑制需从以下两个方面考虑。
3.2.1 瞬态电压抑制 【高压断路器】 【高压 断路器
电 源 线 上 的 浪 涌 、 EFT 或 振 荡 波 最 高 可 达4 k V[12-13,19],抑 制到 抑制要求为IL=20log4 0000.33≈82 d B。 (1)式(1)中,IL 表示电源线上需增加的插入损耗,d B。3.2.2 连续波(稳态)电压抑制电源线单相电压按 220 V 计算, 降至 0.1 V,则电源线上的稳态电压抑制要求为IL=20log2200.1≈67 d B。要抑制电源线上的电磁骚扰, 需加装电源 滤波器,该电源滤波器不仅能抑制瞬态骚扰,也应能抑制
稳态骚扰,为满足上述要求,需取较大抑制值,即电智能电网与设备 刘易勇, 姚立, 冯建强,等. 智能高压电器磁场及传导抗扰度屏蔽室的电磁环境电平研究 ·19
2014 年 2 月 第 50 卷 第 2 源滤波器的插入损耗不低于 82 d B。
3.3 磁场的电磁环境电平控制根据 3.1 分析,为了达到电磁环境电平的要求,对磁场的抑制需从以下两个方面考虑。
3.3.1 稳态磁场控制
智能高压电器周围环境中的稳态磁场强度最高可达 100 A/m[15],抑制到 0.1 A/m,则对稳态磁场的抑制要求为SE=20log1000.160 d B。 (2)式(2)中,SE 表示屏蔽能,d B。3.3.2 瞬态磁场控制智能高压电器周围环境中的瞬态磁场强度最高可达 1 000 A/m16], 抑 制到 1 A/m, 则 对 瞬 态 磁 场 的抑制要求为SE=20log1 0001
=60 d B。抑制智能高压电器 【高压断路器】周围环境的磁场骚扰, 需进行电磁屏蔽,该屏蔽室不仅能抑制稳态骚扰,也应能抑制瞬态骚扰,从上述分析可得:电磁屏蔽室的磁场屏蔽效能应不低于 60 d B。
3.4 电磁环境的频率控制
对电磁环境的控制,除了抑制电平外,还需考虑频率参数,这需要从以下两方面来分析。
3.4.1 电源线上的电磁骚扰频率控制
该参数主要取决于试验项目,参见表 1,在 EFT和 ESD 试验中, 波形上升时间最短, 在 ns 级,EFT为 3.5~6.5 ns12]ESD 为 0.7~1 ns11],则取 ESD 脉冲波形作为频率上限的控制依据, 【高压断路器】计算其上限为f
max1πtr=13.14×0.7
≈455 MHz。 (3)式(3)中,tr为脉冲上升时间,其值取 ESD 脉冲上
升时间的下限 0.7 ns。3.4.2 周围环境 【高压断路器】的电磁场骚扰频率控制周围环境的电磁场骚扰频率控制包括以下两个方面:1)磁场频率参数控制。 磁场试验包括工频磁场、
脉冲磁场和振荡波磁场[15-17],决 定 了 磁 场 频 率参 数 。其中,工频磁场频率为 50 Hz(或 60 Hz),其频率为交流的基频,不用考虑,骚扰磁场主要源于脉冲磁场和振荡波磁场的频率。 脉冲磁场的频率上限为max1=1πtr1=1
3.14×0.84≈379 MHz。 (4)
式(4)中,tr1为脉冲上升时间,其值为雷击(冲击)
脉冲上升时间的下限 0.84 μs。振荡波磁场的上限为
fmax2=1πtr2=13.14×7.5
≈43 MHz。 (5)式(5)中,tr2为脉冲上升时间,其值为 30 MHz 振
荡波脉冲上升时间的下限 7.5 ns。2)电场频率参 数控制。 电场 频率参 数 主 要 决于 ESD 试验。 在该试验中,采用接触放电和空气放
电,前者利用放电极对人机接触界面放电,后者利用放电极以一定的速率(如 1 m/s接近人员容易靠近的试品界面放电[11]。 无论哪种放电方式,都是利用放电
极与试品金属界面之间形成的电 【高压断路器】位差击穿其间的空气产生瞬间静电场来模拟静电放电。可见,该项试验本质上是瞬态电场抗扰度试验, 因此需对周围的电
场 环 境 给 予 限 制 。 ESD 试 验 的 频 率 上 限 计 算 3.4.1,频率上限为 455 MHz。4 MF & CS 屏蔽室关键指标确定 MF & CS 屏蔽室电磁环境电平的控制,主要包括进入屏蔽室的电源线以及通过空间辐射进入屏蔽室的电磁场,前者用电源滤波器的插入损耗(IL)表示,后者用电磁屏蔽室的屏蔽效能(SE)来表示。
4.1 电源滤波器的插入损 【高压断路器】耗按照 3.2 及 3.4.1 的分析,电源滤波器的插入损
耗要求为:IL≥82 d B@10 k Hz~455 MHz。4.2 电磁屏蔽室的屏蔽效能
按照 3.3 及 3.4.2 的分析,电磁场屏蔽效能要求 【高压断路器】为:磁场 SE≥60 d B@10 k Hz~43 MHz;电场 SE≥
60 d B@43~455 MHz。可见,MF & CS 屏蔽室重点在于磁场屏蔽,按
标准[27]的屏蔽效能等级划分方法,在对应的频段范围内,磁场屏蔽需满足 C 级要求,电场屏蔽需满足 B 级要求。
5 结语
对智能高压电器 MF & CS 电磁屏蔽室的电磁环境电平做了系统研究,指出该类屏蔽室的主要电气参数是电源线上的插入损耗和空间的电磁场屏蔽效能,并依据 CNAS 及有关电磁兼容标准,分析计算出了这些参数的幅度和频率参数控制要求及方法,为该类电磁屏蔽室的规划、建设和验收提供技术参考
 
 
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