微机保护装置电磁兼容要求详解

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课程内容
电磁兼容的基本概念 EMI测试 EMS测试 总结

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EMI测试


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EMI测试主要包括端口的传导发射测试和系统 的辐射发射测试。端口的传导发射测试是指电 源、通信或I/O端口通过线缆传输的骚扰，系 统的辐射发射骚扰是系统通过空间向空间辐射 的骚扰。 电子系统的各种端口（电源端口、通信端口和 信号端口）通过线缆会把干扰传导至电网或其 他设备，电子设备工作时会向空间辐射干扰。 EMI测试就是测试上述两部分，通过测试，给 出一个具体的定量指标。
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5射频场感应的传导骚扰抗扰度试验



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适用于有射频场存在而且连接到电网或其他网络的设 备。一般要求对产品的输入电源端口、通信及I/O端口 进行测试，对电源端口采用耦合去耦网络进行试验， 对通信及I/O端口采用电磁钳耦合方式进行试验。 受试设备应在预期的运行和气候条件下进行测试，依 次将试验信号发生器连接到耦合装置上，其他的非测 试电缆或不连接，或使用去耦网络去耦。 扫频范围从150kHz~80MHz，根据试验等级设置信号 电平，骚扰信号是经过1kHz正弦波调制，调制到80% 的射频信号。一般情况下，步进为先前频率的1%， 在每个频率点上驻留时间为1s,对敏感的敏感点可以单 独进行测试。
微机保护装置电磁兼容性的测试实验
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课程内容



电磁兼容的基本概念 EMI测试 EMS测试 发射试验的试验方法
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电磁兼容的基本概念——EMC


电磁兼容EMC（Electro Magnetic Compatibility），是指电子、电气设备或系 统在预期的电磁环境中，按设计要求正常工作 的能力。 国际电工技术委员会（IEC）对电磁兼容的定 义是“设备或系统在其电磁环境中能正常工作 且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁 骚扰的能力”。
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电磁兼容的基本概念——三要素



本质上说，电磁干扰的耦合路径有两种：传导 和辐射。 传导干扰：通过导线传输，即通过电子设备的 电源线、通信线、信号线等直接侵入敏感设备。 辐射干扰：干扰源周围存在的电场和磁场会对 电子设备附近的敏感设备产生干扰，同时干扰 会以电磁波的方式向远处空间传播，从而影响 远处的敏感设备工作。
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电磁兼容的基本概念


EMS（ Electro Magnetic susceptibility）， 电磁抗干扰度，是指电子设备对所在环境中存 在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，含义是 设备对周围环境的适应能力，设备是否能在电 磁环境中正常工作，是否能抵御周围的电磁干 扰。 EMS测试是测试电子产品及系统对电磁干扰 的抗扰能力，测试电子产品及系统在电磁干扰 中能否正常工作。
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2射频电磁场辐射抗扰度试验


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适用于射频电磁场环境中使用的所有设备，非电子设 备除外。试验在电波暗室中进行，电波暗室是安装吸 波材料用以降低内表面电波反射的屏蔽室。一般采用 双锥和对数周期天线进行试验。 台式应防放置在0.8m高的绝缘试验台上，落地设备应 置于高出地面0.1m的非金属支撑物上。用1kHz的正 弦波对信号进行80%的幅度调制后，在预定的频率范 围内进行扫描试验，在每一频点上主流时间应不短于 0.5s，一般采用1s。当受试设备能以不同方向放置使 用时，应对各个侧面进行试验。每一侧面需在发射天 线的两种极化状态下进行试验，即垂直极化和水平极 化。
EMI测试——传导发射


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系统会对输入电源线产生干扰，通过传导至电网，影 响电网中的其他设备正常工作。传导发射一般的测试 频段为0.15~30MHz，在此频段内，以0.5MHz为界分 为两个频段，这两个频段有不同的骚扰限制要求。在 进行电源线上的传导骚扰时，分别记录子啊两个频段 内的最大值以及所处的频率点，测试电子产品的骚扰 是否满足测试要求。 电源线的传导发射测试是将系统电源通过人工电源网 络进行供电，利用接收机进行测量。使用人工电源网 络原因是为了在端子电压测量点上提供规定的高频阻 抗，并把被测电路和电网隔离开。
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电磁兼容的基本概念——测试方法


EMI（ Electro Magnetic interference），电 磁干扰度，是指电子设备在正常运行过程中对 所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值， 不应产生超过相应标准所要求的电磁能量，含 义是电子设备的工作不应影响周围其他设备的 工作。 EMI测试主要包括端口的传导发射测试和系统 的辐射发射测试。
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4浪涌（冲击）抗扰度试验

试验前应确定实验的等级（电压），一般施加在直流 电源端口和互连线上的浪涌次数为正、负极性各5次， 对交流电源端口，应分别在0°、90°、180°、 270°相位施加正、负极性各5次的浪涌脉冲，也就是 选择进行0°、90°（正极性状态下）和180°、 270°（负极性状态下）各5次的浪涌脉冲，也有的只 进行90°（正极性状态下）和270°（负极性状态下） 各5次的浪涌脉冲。脉冲间隔时间一般建议在1min。 试验时，受试设备应工作在典型工作状态下。
6工频磁场抗扰度试验

宜限于对磁场敏感的设备。对体积小的台式设备采用 浸入法进行试验，即将EUT放置在感应线圈中部。对 于体积大的柜式设备，垂直方向采用浸入法进行试验， 侧面采用邻近法进行试验，即感应线圈置于测试附近 进行试验。常见的感应天线大小尺寸为1mx1m。
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7脉冲磁场抗扰度试验

主要适用于安装在发电厂的设备，模拟开关设备通断 产生的干扰。脉冲磁场抗扰度的测试方法类似于工频 磁场抗扰度试验，根据受试设备的大小，分别选择浸 入法和邻近法进行试验。根据产品的要求选择试验等 级（电流），分别进行正负各5次的脉冲干扰，一般 的脉冲时间间隔1min。
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1静电放电抗扰度试验


适用于在可能产生静电放电环境中使用的所有设备， 应考虑直接放电和间接放电，限于在ESD控制环境下 使用的设备，而非电子设备类产品可除外。有限选用 的实验方法是在实验室内进行的形式试验，包括对导 体表面和对耦合板的接触放电及在绝缘表面上的空气 放电。 受试设备保持正耦，减少出现设备故障 误指示的可能性。
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电磁兼容的基本概念——三要素

电磁兼容三要素是电磁兼容设计及测试的基础， 具体指干扰源、敏感源、耦合路径。
耦合路径
干扰源

敏感源
处理电磁兼容测试问题的基本思想：减少干扰 源、切断耦合路径、提高敏感源的抗干扰能力。
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电磁兼容的基本概念——三要素



干扰源一般指任何可能引起装置、设备、系统 性能降低或对有生命物质或无生命物质产生损 害的电磁现象。 随着生活中的电磁产品日益增多，电磁污染也 不容忽视，电子设备的工作环境日益恶化。 所以要求电子设备具有很好的抗干扰性，又要 求电子设备的电磁发射指标满足相关标准要求。
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课程内容
电磁兼容的基本概念 EMI测试 EMS测试 总结

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EMS测试

一般情况下，国标中进行的电磁抗扰度测试有 10项，分别为：1静电放电抗扰度试验，2射 频电磁场辐射抗扰度试验，3电快速瞬变脉冲 群抗扰度试验，4浪涌（冲击）抗扰度试验， 5射频场感应的传导骚扰抗扰度试验，6工频 磁场抗扰度试验，7脉冲磁场抗扰度试验，8 电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验， 9振铃波浪涌抗扰度试验，10交流电源端口谐 波、谐间波及电网信号的低频干扰抗扰度试验。
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4浪涌（冲击）抗扰度试验


适用于建筑外的网络或电网连接的设备。浪涌抗扰度 试验主要模拟电力系统开关瞬态及雷电瞬态产生的干 扰。 浪涌抗扰度试验需要使用耦合/去耦网络，将受试设备 与电网或模拟设备分开，受试设备与耦合/去耦网络之 间的线缆长度不应超过2m。产品应在产品正常工作 范围内所要求的气候条件下进行测试，如果湿度很高， 在产品上产生凝露，则不应进行试验。
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电磁兼容的基本概念——测试方法


EMC包含两个方面：一、设备对外界的电磁 干扰要有一定的承受能力而不致失效；二、设 备本身在工作中对周围环境所产生的电磁干扰 不应超出一定的量值，以免对该环境中的其他 设备造成不良影响。 综上所述，电磁兼容就是研究设备或系统的干 扰和抗干扰问题的一门学科，包含电磁干扰 EMI和电磁抗扰度EMS两方面的内容。
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EMS测试




测试一般分为电源端口、通信信号端口、整系 统，且测试方法及要求是不一样的。 电源端口：3、4、5、8、9、10 通信信号端口：3、4、5 整系统：1、2、6、7 EMS测试考察电子产品系统的抗扰能力，标 准中对每项测试的等级及干扰波形进行了细化 说明，以下对每项测试分别详细介绍。
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EMI测试——辐射发射


辐射发射一般的测试频率范围为30~1000MHz，用带 有准峰值检波器的接收机进行测量。测试天线一般选 用双锥天线和周期对数天线组成的混合宽带天线，分 别进行垂直与水平极化方向测试。 1GHz以上的频率测试就需要选择喇叭天线，喇叭天 线的测试频率一般为1~18GHz。 在辐射发射测试中，EMI的要求是用限值来表示的， 超过限值即判定为不合格。
9振铃波浪涌抗扰度试验


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适用于连接到交流电网的设备。振铃波是由电源和控 制线开关切换或雷击引起的，并出现在设备的端子上。 振铃波浪涌（第一峰值）的电压上升时间为 0.5μs±20%，电流上升时间≤1μs，振荡频率为 100kHz±10%，衰减为前一峰值的60%。振铃波浪 涌抗扰度试验要求至少进行正负各5次的瞬态脉冲干 扰，一般选择的时间间隔为1min。一般只对电源端口 进行测试，试验电压通过耦合去耦网络施加在受试设 备的电源端口，选择不同的试验信号发生器阻抗进行 试验。 当受试设备连接在主配电板时，试验信号发生器阻抗 选用12Ω。当连接在引出插座时，选用30Ω。
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电磁兼容的基本概念——三要素


电磁干扰敏感源是指容易受到电磁干扰影响的 设备，一般是系统的一部分，主要表现在功能 暂时性异常、通信错误、指示灯异常闪动、错 误输出、故障灯。 按照影响范围分为板级敏感源与系统敏感源。 常见的板级敏感源：晶振、继电器等。 常见的系统敏感源：电源端口、输入/输出端 口等。
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8电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验


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适用于连接至交流电网的设备，对额定工作电流有所 限制，要求额定电流不大于16A的设备，电流过大， 对电网及测试设备影响很大。它是由电网、电力设备 的故障或负荷突然出现大的变化引起的。一般情况下 会出现两次或更多次连续的暂降或中断，电压变化是 由连接到电网中的负荷连续变化引起的。电压暂降、 短时中断在标准中给出电压降落值及持续时间，电压 变化是供选择进行测试的内容。 受试设备应按照试验等级和持续时间进行试验，进行 三次电压暂降或中断试验，最小间隔10s，且应在设 备典型的工作模型下进行试验。电压暂降、短时中断 试验一般在电源电压过零时进行试验。
3电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

适用于与供电网络连接或有电缆（如通信信号电缆等） 靠近供电线路的设备。受试设备都应放置在接地参考 平面上，用厚度为0.1m的绝缘支座与之隔开。试验发 生器和耦合/去耦网络直接放置在接地平面上，并与之 搭接，接地参考平面的各边至少应比受试设备超出 0.1m，接地参考平面与保护地相连接。与受试设备相 连接的电缆应放置在接地参考平面上方0.1m的绝缘支 架上，不经手脉冲群测试的电缆应尽量原理受试电缆， 减少线间耦合。受试设备按照实际应用现场的安装方 式进行接地，使用耦合夹时，耦合装置与受试设备之 间的信号线和电源线的长度应为0.5m±0.05m。
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3电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

电源端口采用33nF电容直接注入的方法，输入、输出 及通信端口采用容性耦合夹耦合的方法进行测试。台 式设备电源端口测试设备布局示意图5.5，和利用耦合 夹测试的示意图5.6分别如下。
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3电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

当对两台受试设备同时进行测试时，耦合夹和受试设 备之间的距离需要满足要求（0.5m±0.05m）；当对 一台受试设备进行测试时，耦合夹与非受试设备之间 必须去耦或隔离。
EMI测试——辐射发射



辐射发射时测试电子产品及系统通过设备外壳的电磁 泄露及线缆向空间辐射的电磁能量。设备外壳的缝隙 及散热孔都会使产品内部的电磁能量辐射到空间环境， 电子产品的线缆一般被认为接收天线和发射天线，其 对一定的电磁能量可以进行接收和发射，接收过来的 电磁能量属于辐射抗扰度的范畴，发射出去的电磁能 量就是属于辐射发射。 辐射发射试验要求严格。立式设备放置在0.1m的绝缘 支架上，对于台式设备放置在0.8m高的非导电桌子上， 可以按照3m或10m的距离进行测量。