EMC基础知识(十二) 浪涌抗扰度初窥

概念

浪涌也叫电涌、突波,就是超出正常工作电压的瞬间过电压。本质上讲,浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲。主要指的是电源(只是主要指电源)刚开通的那一瞬息产生的强力脉冲,由于电路本身的非线性有可能有高于电源本身的脉冲;或者由于电源或电路中其它部分受到本身或外来尖脉冲干扰。

特点

时间极短‌:浪涌的产生时间非常短,通常在几百万分之一秒(微秒级)内完成‌。

电压和电流幅值高‌:浪涌出现时,电压和电流的幅值会超过正常值的两倍以上,甚至更高‌。

产生的原因

1、电力系统开关瞬态;

2、主要的电力系统切换骚扰,例如电容器组的切换;

3、配电系统中较小的局部开关动作或负载变化;

4、与开关器件(如晶闸管)相关联的谐振现象;

5、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;

6、雷电瞬态雷电产生浪涌电压;

7、直接雷击于外部(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;

8、间接雷击(即云层之间或云层中的雷击或击于附近物体的雷击产生的电磁场),它在建筑物内、外导体上产生感应电压和电流;

9、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;

10、当雷电保护装置动作时,电压和电流可能发生迅速变化,并可能耦合到内部电路;

常用的整改器件

1、压敏电阻

2、气体放电管

3、瞬态抑制二极管

实验等级

1 级

适用于较好保护的环境,如工厂或电站的控制室,对应较低的电压强度。

2 级

适用于有一定保护的环境,如无强干扰的工厂,电压强度较 1 级稍高。

3 级

适用于普通的电磁骚扰环境,如普通安装的电缆网络、工业性工作场所和变电所,电压强度适中。

4 级

适用于受严重骚扰的环境,如民用架空线、未加保护的高压变电所,电压强度较高。

X 级

特殊级,具体电压强度由用户和制造商协商确定,适用于特定环境下的特殊设备。在进行浪涌试验时,通常需要根据设备的使用环境、类型和功能等因素来选择合适的试验等级

开路电压峰值与短路电流峰值对应关系

浪涌测试中,开路电压峰值与短路电流峰值存在一定对应关系,这一关系对整改浪涌干扰具有重要的指导意义:

  • 基于欧姆定律的理论关系在理想情况下,浪涌发生器可等效为一个电压源和内阻的串联组合。根据欧姆定律,这里的是开路电压,是浪涌发生器的内阻。当外接短路时,短路电流就等于开路电压除以浪涌发生器的内阻,即。这表明在浪涌发生器内阻固定的情况下,短路电流峰值与开路电压峰值成正比关系;
  • 对整改浪涌干扰的指导意义

不同类型的浪涌防护器件,如金属氧化物压敏电阻(MOV)、气体放电管(GDT)、瞬态电压抑制二极管(TVS)等,它们的伏安特性曲线各不相同,这就导致它们在面对相同的浪涌开路电压时,所能承受的短路电流以及箝位电压的表现也有所差异。通过监测开路电压峰值与短路电流峰值的对应关系,并结合防护器件的特性曲线,可以准确评估防护器件在实际浪涌环境中的性能表现,判断其是否能够满足设备的浪涌防护要求。例如,如果在测试中发现,当浪涌开路电压达到一定值时,某 MOV 器件的短路电流超过了其额定通流容量,同时箝位电压也过高,无法有效保护后端设备,那么就需要考虑更换更大通流容量的 MOV 器件,或者采用其他防护方案。

组合波发生器原理图

组合波发生器使工程师能够精确模拟各种实际环境中的浪涌情况,包括不同的浪涌波形、幅值、持续时间等参数。通过在实验室环境中对设备进行真实浪涌情况的模拟测试,工程师可以更准确地评估浪涌防护措施在实际应用中的有效性,从而为进一步改进防护方案提供可靠依据。例如,在模拟雷电浪涌对通信基站设备的影响时,可根据组合波发生器原理,设置合适的浪涌参数,如开路电压为 10kV,短路电流为 5kA,浪涌波形为标准的 1.2/50μs 雷电波。通过对通信基站设备在这种模拟雷电浪涌环境下的测试,观察设备的运行状态、防护器件的工作情况等,从而准确评估设备的浪涌防护效果,判断现有防护措施是否能够满足实际应用中对雷电浪涌防护的要求。

整改思路

复位

原因

1、电源掉电

2、复位引脚被干扰

3、控制电路

对策

1、电源:优化电源;

2、复位:增加滤波和抗干扰;

3、控制电路:增加滤波,优化布局,布线;

死机

原因

1、保险丝选型不合理,流通量不够;

2、防护器件、被防护器件失效;

3、控制电路被锁死;

对策

1、保险丝重新选型;

2、重新选型防护器件;

3、分析哪部分电路被锁死,进一步处理;

拉弧

原因

距离不足造成耐压不足;

对策

1、增加拉弧位置的距离,进行测试验证;

2、替换耐压更高的器件或者增大拉弧位置的距离;

设计思路

电路设计示意图

以上电路设计示意图仅供参考。

测试标准

国家标准:GB/T17626.5

国际标准:IEC61000-4-5

以下是本节思维导图:

以上是今天的内容。

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