浅谈高压电气设备电磁干扰抗扰度

浅谈高压电器设备电磁兼容抗扰度技术中心张建新张华

1 高压电器二次系统智能化以及电

磁兼容的发展

电磁兼容技术是一门迅速发展的交叉学科，涉及电子、计算机、通信、电力、军事及人们生活的各个方面。随着电子计算机技术和现代传感器技术的飞速发展，高压电器领域正经历新一轮更新换代，新概念电器层出不穷。尤其在高压开关领域，智能化开关发展迅速。开关智能化的动力首先来自电力系统越来越高的可靠性要求以及越来越高的自动化程度。现代配电和用电系统要求在监测，控制及保护等方面完全自动化和智能化，开关作为重要的控制元件其智能化则是基础。智能控制单元都采用了微电子元件，工作电压低、易受外界电磁场干扰而导致控制单元损坏或失灵。为满足电力系统日益提高的可靠性的要求，要求设备能够自行诊断、运行状态可监视、能及时发现故障的前兆，这就要求与其确保产品的稳定性与可靠性，因此，电力设备电磁兼容问题变得十分重要，GB/T11022—1999《高压开关设备及控制设备的共用技术要求》将电磁兼容（EMC）试验列为型式试验，国家经贸委于2000年11月3日发布了电力行业（DL）标准化指导性技术文件DL/Z 713-2000《500KV变电所保护和控制设备抗扰度要求》的行业标准对电磁兼容也做了具体要求。高压控制设备出现的复杂的电磁兼容问题正在引起人们高度重视，并且正在逐步解决。

电磁兼容所涉及的面很广，只要有电子设备使用的地方，就存在电子设备或系统电磁环境的电磁兼容性问题。

电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility, EMC），国际电工委员会（IEC）名词术语标准的解释为：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能力。几乎所有的电子设备或系统在工作中会产生电磁骚扰，这种骚扰可能经由导线或公共地线传导，也可能通过空气传播，或者可能通过近场耦合的形式加以传播。同样，几乎每一种电子设备或系统产生的这种电磁骚扰，有可能对工作中的其他设备或系统造成干扰或失灵，严重时甚至会引起其他设备的损坏。电磁兼容研究的就是设备或系统的干扰或抗干扰的问题。

电磁兼容包括电磁干扰（EMI）和电磁敏感度又称抗扰度（EMS）两部分。实践证明，EMI的产生必须具备三个要素，即传导和辐射电磁波的源，电磁波借以发射的传播媒介及从接收到信号中受到干扰的“接受器”（设备某敏感部位）。所以，要想实现EMC，只要设法减弱发射源的信号电平或者切断传播路径，或者对接受器进行保护而使起免受干扰。通常情况下，对工业产品来说有关规定是强调对辐射源加以控制。

电，考核被试设备抗静电放电干扰的能力。这里前者是通过导体直接藕合，是直接放电影响；后者则是通过空间辐射耦合，是间接放电影响。在实验中，直接放电用放电枪电极直接对准被试物体的实验点实施放电；而间接放电则是用放电枪电极对被实验物体附近的耦合板（垂直的、水平的）实施放电。该试验适用于所有的电气和电子设备。 2.1.1 试验等级

试验等级见表1。

表1 静电放电试验等级

1a 接触放电 1b 空气放电

等级 试验电压（kV ） 等级 试验电压（kV ） 1 2 1 2 2 4 2 4 3 6 3 8 4 8 4 15 X 特定 X 特定

2.1.2 试验设备

静电放电发生器

图2 静电放电发生器输出电流的典型波形

2．2 射频电磁场辐射抗扰度试验

强电磁场辐射源可由发射台、雷达天线产生，也可由其他工业用电磁源产生（如高频炉等），这类源一般在30m 外可产生大于10V/m 的电磁辐射；弱电磁场辐射源可由感性负载或容性负载，在起动或工作时产生（如可控硅产生、电感式荧光灯、电子式荧光灯、电视机、电脑产生等）。由外界电磁场的作用而引起电子、电器设备的工作状态的改变，甚至某些电路的损坏等。为评定产品对这类射频电磁场抗扰度的水平，进行射频电磁场辐射抗扰度试验。 2.2.1 试验等级

表2给出未调制信号场强的试验等级，试验时以1kHZ 的正弦波对末调制信号进行80%调幅，以模拟实际工况，见图3。频率范围为80-100MHz 。

表2 末调制信号场强的试验等级

器不应饱和及产生谐振。

●

信号发生器。信号发生器能覆盖测试频段，以1kHZ 正弦波对末调制信号进行80%调幅，并具有慢于1.5¡10-3十倍频程/s 的自动扫描功能如带有频率合成器，此外还须具有手动设置功能。

●

功率放大器用于放大末调制和已调制的信

号，能提供给天线输出所需场强电平，放大器产生的谐振和失真低于载波电平15dB 。

●

记录功率电平的辅助设备。用于记录试验规

定的场强所需功率电平和控制试验场强电平。 2.3 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

由于在同一供电回路中其他用电器（或设备）

X （为开放等级，可在产品要求中规定）

性能判别标准主要在产品标准中规定

2.3.2 试验设备

（1）电快速瞬变脉冲群发生器特性参数（接50Ω负载）见图4。①极性：正、负极性；②单个脉冲的上升时间（5±30%）ns ；③脉冲持续时间（半峰值）为（50±30%）ns ；④与电源电压同步；⑤脉冲群持续时间（15±20%）ns ；⑥脉冲群周期（300±20%）ms ；⑦脉冲重复周期；开路输出电压为0.25，5，1，2kV 时为（50±20%）kHz ，开路输出电压为4 kV 时为（2.5±20%）kHz ；⑧开路输出电压范围：（0.25-10%）kV~（4+10%）kV 。

（2）耦合装置。GB/T17626.4提供两种耦合装置：耦合/去耦网络和容性耦合夹。耦合/去耦网络直接雷击），如：①雷电击中外部线路，有大量的电流流入外部或接地电阻，因而产生干扰电压；②

间接雷击（如云层间或云层内的雷击）在外部线路或内部线路上感应电压或电流；③雷电击中线路邻近的物体，在其周围建立电磁场，使外部线路感应出电压；④雷电击中附近地面，地电流通过公共的接地系统时引起干扰。

切换瞬变模拟：①主电源系统切换（如电容器组切换）时的干扰；②同一电网，在靠近设备附近有一些较小开关跳动时形成的干扰；③切换伴有谐振线路的可控硅设备；④各种系统的故障，如接地短路。

2.4.1 试验等级

试验等级见表4

表4 浪涌抗扰度试验试验等级

等级开路试验电压（±10%）

1 0.5

2 1.0

3 2.0

4 4.0

X 特定

性能判别标准主要在产品标准中规定

（X为开放等级，可在产品要求中规定）

2.4.2 试验设备

（1）浪涌（冲击）发生器

标准描述了两种不同波形发生器，一种是综合波形发生器，另一种是符合CCITT的试验发生器，该发生器采用悬浮输出方式。浪涌（冲击）抗扰度

（2）耦合/去耦网络

耦合/去耦网络用于雷击浪涌发生器向被试设备传递干扰波通路，而去耦网络是测试时阻止浪涌干扰窜入同一电网的其他用电设备。①用于AC/DC 电源电路的耦合和去耦网络，耦合网络的合格与否主要是看其输出端子的波形是否符合有关要求；②用于内部接线的耦合和去耦网络。

2.5 射频场感应的传导骚扰的抗扰度试验

由于被干扰设备的尺寸通常要比射频辐射电磁场骚扰信号（射频发射机）的波长短的多，而设备引线（包括电源线、通信线和接口电缆等）的长度则可能与骚扰信号的几个波长相当，因此引线便起到了被动天线的作用，射频电磁场就可以通过引线以传导方式（最终以射频电压和射频电流所形成的近场电场和近场磁场在设备内部）对设备产生骚扰。也可由各种骚扰源，通过连接到设备上的电源线直接对设备产生骚扰。

2.5.1 试验等级

标准对9KHZ---150KHZ频率范围内并末提出具体的试验数据要求，在150KHZ—80MHZ频率范围，对来自射频发射机的电磁场作用于电气、电子设备的电源线、通信线、接口电缆等连接线路上而

5。