浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)與瞬態(tài)過(guò)電壓試驗(yàn)的對(duì)比與分析

李滟 王剛（中國(guó)家用電器研究院 北京 100176）

1 前言

越來(lái)越多的高新技術(shù)隨著科技的進(jìn)步被應(yīng)用到家電產(chǎn)品中，而它們的電磁兼容性對(duì)其安全性能的影響也越來(lái)越受到關(guān)注。我國(guó)最新一版的家電安全通用標(biāo)準(zhǔn)GB 4706.1-2005的第14章規(guī)定了瞬態(tài)過(guò)電壓試驗(yàn)，第19章中19.11.4.4條款規(guī)定了電子類家電產(chǎn)品對(duì)電磁兼容抗擾度的相關(guān)試驗(yàn)項(xiàng)目，即：通過(guò)電子斷開獲得斷開位置的開關(guān)的器具、帶有處于待機(jī)狀態(tài)開關(guān)器具和帶有保護(hù)電子電路的器具需進(jìn)行浪涌（沖擊）抗擾度的測(cè)試。實(shí)際工作中許多技術(shù)人員對(duì)上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的理解存在理解模糊的情況，因此本文有針對(duì)性地以GB 4706.1-2005標(biāo)準(zhǔn)中19.11.4.4的浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)和第14章的瞬態(tài)過(guò)電壓試驗(yàn)為對(duì)象，從試驗(yàn)?zāi)康摹⒃囼?yàn)原理、試驗(yàn)方法、合格判定等方面入手進(jìn)行對(duì)比分析，希望能夠?qū)I(yè)人士提供一些必要的參考。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)是評(píng)價(jià)設(shè)備在遭受浪涌（沖擊）時(shí)的抗擾度能力，這種沖擊大多是由設(shè)備開關(guān)瞬間或者雷電瞬變過(guò)電壓引起的。GB 4706.1-2005標(biāo)準(zhǔn)中第19.11.4.4條款所涉及的浪涌（沖擊）試驗(yàn)?zāi)康模菫榱嗽u(píng)價(jià)待機(jī)狀態(tài)下的被測(cè)產(chǎn)品在防浪涌器件斷開條件下承受浪涌（沖擊）的能力。第14章的瞬態(tài)過(guò)電壓試驗(yàn)是為了評(píng)價(jià)被測(cè)產(chǎn)品的電氣間隙是否能夠承受標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的高壓脈沖，即當(dāng)兩個(gè)帶電導(dǎo)體或者帶電導(dǎo)體與易觸及表面之間的電氣間隙不符合安全通用標(biāo)準(zhǔn)GB 4706.1-2005中表16的規(guī)定時(shí)，器具應(yīng)當(dāng)承受瞬態(tài)過(guò)電壓試驗(yàn)，該試驗(yàn)應(yīng)在被測(cè)產(chǎn)品未運(yùn)行時(shí)進(jìn)行。

3 試驗(yàn)原理

GB 4706.1-2005標(biāo)準(zhǔn)中第19.11.4.4條款所涉及的浪涌（沖擊）的試驗(yàn)，要求僅在被測(cè)產(chǎn)品的電源端進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)分別對(duì)線對(duì)線、線對(duì)地進(jìn)行耦合，GB/T 17626.5規(guī)定的試驗(yàn)等級(jí)3級(jí)適用于線對(duì)線的耦合方式，4級(jí)適用于線對(duì)地的耦合方式。線對(duì)線耦合的有效阻抗為2Ω，線對(duì)地耦合的有效阻抗為12Ω，信號(hào)發(fā)生器要求浮地。浪涌（沖擊）的標(biāo)準(zhǔn)開路電壓波形（峰值1kV）見圖1。從圖1中我們可以看出，波前時(shí)間（10%~ 90%）T1=1.67T=1.2μs，T是30%峰值到90%峰值所經(jīng)歷的時(shí)間。持續(xù)時(shí)間（50%峰值 ~ 50%峰值）T2=50μs。浪涌信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的脈沖信號(hào)一般會(huì)產(chǎn)生電壓過(guò)沖，標(biāo)準(zhǔn)要求電壓過(guò)沖的峰值不能超過(guò)電壓脈沖峰值的30%。

表1

第14章的瞬態(tài)過(guò)電壓試驗(yàn)要求的試驗(yàn)點(diǎn)與浪涌（沖擊）試驗(yàn)不同，它要求在不符合標(biāo)準(zhǔn)的電氣間隙兩端導(dǎo)體進(jìn)行測(cè)試，脈沖試驗(yàn)電壓波形要符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17627.1的要求（見圖2），有效阻抗為12Ω。從圖2中我們可以看出，瞬態(tài)過(guò)電壓試驗(yàn)所要求的脈沖波形（峰值1kV）與浪涌（沖擊）試驗(yàn)要求的脈沖波形在波前時(shí)間和持續(xù)時(shí)間方面基本相同，只是瞬態(tài)過(guò)電壓試驗(yàn)對(duì)于脈沖過(guò)壓沒有做出限制，這是因?yàn)槊}沖試驗(yàn)發(fā)生器一般不會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓脈沖，脈沖能量會(huì)以緩慢的方式釋放掉。浪涌（沖擊）試驗(yàn)和瞬態(tài)過(guò)電壓試驗(yàn)脈沖的能量集中在持續(xù)時(shí)間內(nèi)能進(jìn)行釋放，所以同樣峰值的浪涌（沖擊）脈沖與瞬態(tài)過(guò)電壓脈沖對(duì)被測(cè)產(chǎn)品的抗沖擊能力的考核是相同的。

4 試驗(yàn)方法

由于浪涌（沖擊）試驗(yàn)的電壓波形相對(duì)較緩，因此對(duì)試驗(yàn)室的配置比較簡(jiǎn)單，尤其對(duì)于電源線上的試驗(yàn)，都是通過(guò)耦合去耦網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成的。

GB 4706.1-2005標(biāo)準(zhǔn)中第19.11.4.4條款規(guī)定對(duì)于帶有待機(jī)狀態(tài)開關(guān)、電子斷開功能開關(guān)、保護(hù)電子電路的產(chǎn)品，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的浪涌（沖擊）試驗(yàn)僅在電源端進(jìn)行5次正脈沖和5次負(fù)脈沖試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓應(yīng)當(dāng)分別在0 o、90o、180o、270o的相位上進(jìn)行，電源線長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)2m。試驗(yàn)速率每分種1次，不宜太快，以便給被測(cè)產(chǎn)品內(nèi)部器件有一個(gè)性能恢復(fù)的過(guò)程。事實(shí)上，自然界的雷擊現(xiàn)象和開關(guān)站大型開關(guān)的切換也不可能有非常高的重復(fù)率現(xiàn)象存在。試驗(yàn)要在防浪涌裝置斷開的條件下進(jìn)行，Ⅰ類器具中接地的電熱元件應(yīng)斷開。之所以將防浪涌裝置斷開是為了考察被測(cè)產(chǎn)品在防浪涌裝置失效這種“非正?！睏l件下，內(nèi)部器件自身的抗擾度能力。

第14章的瞬態(tài)過(guò)電壓試驗(yàn)要考核的是被測(cè)產(chǎn)品的電氣間隙結(jié)構(gòu)是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，如果電氣間隙符合GB 4706.1-2005表16的規(guī)定，則不需要進(jìn)行脈沖過(guò)電壓試驗(yàn)。對(duì)于額定電壓在150V和300V之間的產(chǎn)品，要經(jīng)受2500V的額定脈沖電壓，對(duì)應(yīng)的脈沖試驗(yàn)電壓為2950V，詳見表1。

試驗(yàn)中應(yīng)首先觀察帶電部件的電器間隙是否符合GB 4706.1-2005表16的規(guī)定值，如果不符合則應(yīng)當(dāng)將脈沖電壓發(fā)生器輸出端的兩極夾于帶電部件兩端，對(duì)于額定電壓220V的被測(cè)產(chǎn)品輸出2950V的脈沖試驗(yàn)電壓。被測(cè)產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)置于絕緣墊上，試驗(yàn)過(guò)程中人員應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離被測(cè)點(diǎn)。GB 4706.1-2005表16的規(guī)定值適用于空氣中的電氣間隙，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力與溫濕度的條件下空氣的擊穿電壓為3000V/mm，所以試驗(yàn)人員對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)能否被擊穿在試驗(yàn)之前能當(dāng)有一定的預(yù)判。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定脈沖試驗(yàn)電壓以不小于1s的間隔對(duì)每個(gè)極性施加3次脈沖，在實(shí)際檢測(cè)中脈沖電壓發(fā)生器充電時(shí)間往往較長(zhǎng)，一秒鐘的時(shí)間間隔達(dá)不到想要的脈沖試驗(yàn)電壓，所以建議時(shí)間間隔大于5s。

5 合格判定

GB 4706.1-2005標(biāo)準(zhǔn)中第19.11.4.4條款規(guī)定被測(cè)產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)在電子斷開、待機(jī)狀態(tài)下和保護(hù)電子電路工作的情況下進(jìn)行浪涌（沖擊）試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中檢測(cè)人員應(yīng)當(dāng)觀察被測(cè)產(chǎn)品的狀態(tài)，被測(cè)產(chǎn)品在試驗(yàn)中和試驗(yàn)結(jié)束后不應(yīng)變得可運(yùn)行。

第14章的瞬態(tài)過(guò)電壓試驗(yàn)中不應(yīng)出現(xiàn)閃絡(luò)，實(shí)際檢測(cè)中是否出現(xiàn)閃絡(luò)有時(shí)很難判斷而且檢測(cè)人員近距離觀察閃絡(luò)情況有時(shí)比較危險(xiǎn)，本文提供另外一種判斷瞬態(tài)過(guò)電壓試驗(yàn)的合格判定方法。

瞬態(tài)過(guò)電壓試驗(yàn)所使用的脈沖電壓發(fā)生器一般會(huì)提供一個(gè)輸出波形檢測(cè)端口，此端口也可以作為設(shè)備計(jì)量或者期間核查時(shí)用來(lái)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)輸出波形。在試驗(yàn)中可以將示波器連接到輸出波形檢測(cè)端口，如果被測(cè)產(chǎn)品未被擊穿，示波器會(huì)顯示一個(gè)符合GB/T 17627.1的開路電壓標(biāo)準(zhǔn)波形，見圖3。

示波器使用40:1的探頭，橫軸每格10μs，縱軸每格20V。

1.2 /50μs脈沖電壓波形，峰值電壓Ut=2950V。

如果產(chǎn)品被擊穿，示波器會(huì)顯示一個(gè)不規(guī)則波形，見圖4。

6 結(jié)束語(yǔ)

GB 4706.1-2005不但對(duì)產(chǎn)品的安全性能提出了嚴(yán)格的要求，對(duì)產(chǎn)品的電磁兼容特性也提出了更加嚴(yán)格的要求。分析安全測(cè)試與電磁兼容測(cè)試的特點(diǎn)與區(qū)別不僅有助于專業(yè)檢測(cè)人員掌握試驗(yàn)的特性，也有助于設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)初期能夠容易把握產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，從而更好的為消費(fèi)者提供使用方便、安全放心的家電產(chǎn)品。

[1] GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求》

[2] GB/T 17626.5-2008《電磁兼容 試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù) 浪涌(沖擊)抗擾度試驗(yàn)》

[3] GB-T 17627.1-1998《低壓電氣設(shè)備的高電壓試驗(yàn)技術(shù)第一部分：定義和試驗(yàn)要求》