2.6　电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

电快速瞬变脉冲群抗扰度试验的国家标准为GB/T 17626.4，等同的国际标准是IEC 61000-4-4。

2.6.1　试验目的

标准模拟电网中切换瞬态过程（比如电感性负载切换、继电器触点弹跳等）时所引起的干扰，从而完成对电气和电子设备的电快速瞬变脉冲群抗扰性能方面的考核。

在工程实践中，电路中机械开关在切换电感性负载时，经常会干扰同一电路中的其他电气和电子设备。经研究发现，这种干扰的特点是：干扰波以群脉冲方式出现，且重复频率较高，脉冲波形的上升时间短暂。此类干扰经常会使设备产生误动作的情况，由于单个脉冲的能量较小，一般不会造成设备硬性故障。

脉冲群干扰之所以会造成设备发生误动作现象，是因为脉冲群会对电路中半导体器件的结电容充电，当结电容上的能量积累到一定程度时，便会使一些逻辑电路错误翻转，从而引起设备的误动作。

2.6.2　主要试验设备及必备条件

2.6.2.1　群脉冲发生器

图2-18给出了电快速瞬变脉冲群发生器的基本线路，其中，Cc为储能电容，容值大小决定了单个脉冲的能量；Rs为脉冲持续时间形成电阻，该电阻和储能电容配合，决定了波形的形状；Res为阻抗匹配电阻，决定了脉冲发生器的阻抗（标准为50Ω）；隔直电容Cd主要是为了隔离脉冲发生器中的直流成分。

2.6.2.2　群脉冲发生器的输出特性及输出波形

对电快速瞬变脉冲群发生器的基本要求是：

脉冲的上升时间（指10%～90%）：5×（1±30%）ns。

脉冲持续时间（上升沿的50%至下降沿的50%）：50（1±30%）ns。

脉冲重复频率：5kHz或100kHz。

脉冲群的持续时间：5kHz时为15×（1±20%）ms。

　　　　　　　　　100kHz时为0.75×（1±20%）ms。

脉冲群的重复周期：300×（1±20%）ms。

发生器在1000Ω负载时输出电压（峰值）：0.25～4kV。

发生器在50Ω负载时输出电压（峰值）：0.125～2kV。

发生器的动态输出阻抗：50×（1±20%）Ω。

输出脉冲的极性：正/负。

与电源的关系：异步。

群脉冲发生器的输出波形见图2-19，输出特性见表2-10。

2.6.2.3　耦合/去耦网络（CDN）

交/直流电源端口的耦合/去耦网络（Couple and Decouple Networks，CDN），可以在不对称条件下把测试电压施加到受试设备的电源端口。不对称干扰是指电源线与大地之间的干扰。测试发生器的输出信号电缆芯线通过可供选择的耦合电容加到相应的电源线（L1、L2、L3、N及PE）上，信号电缆的屏蔽层与CDN的外壳相连，该机壳则接到参考接地端子上，CDN的作用是将干扰信号耦合到受试设备并阻止干扰信号干扰连接在同一电网中的其他设备。一些电快速脉冲发生器内部已经集成了耦合/去耦网络。耦合/去耦交/直流电源端口见图2-20。

耦合/去耦网络特性参数为：耦合电容为33nF为耦合方式为共模。

2.6.2.4　容性耦合夹

容性耦合夹见图2-21。

特性参数：

电缆和耦合夹之间典型的耦合电容为100～1000pF；

圆电缆可用的走私范围为4～40mm；

绝缘耐压能力为5kV（试验脉冲：1.2/50μs）。

对在输入/输出和通信端口上的连接线的验收试验采用耦合夹的耦合方式。只有当上面定义的耦合/去耦网络不适用时，耦合夹的耦合方式才可用于交流/直流电源端口的试验。

2.6.3　试验方法及试验配置

2.6.3.1　试验配置

试验配置的正确性影响到试验结果的重复性和可比性，因此，正确的试验配置是保证试验质量的关键。对于脉冲群抗扰度试验的这种高速脉冲试验，结果尤其如此。

固定落地式安装或者台式受试设备和设计安装于其他配置中的设备，都应放置在接地参考平面上，并用厚度为0.1m±0.01m的绝缘支座与之隔开（如图2-22所示）。

图2-23为架式安装设备的试验配置示例。

2.6.3.2　试验方法

进行电源线试验时，通过耦合/去耦网络来施加试验电压。进行信号线试验时，控制线通过电容耦合夹来施加试验电压。

受试设备线路出错有一个过程，而且有一定偶然性，不能保证间隔一定时间后肯定出错，尤其是当试验电压接近临界值时，这种偶然性更大。因为脉冲群试验的实质是利用干扰对线路结电容充电，当其能量积累到一定程度时，才会引起线路（乃至系统）出错。为此，一些产品标准规定电源线上的试验要在线和地之间进行，要求每一根线在一种试验电压极性下进行3次试验，每次1min，中间间隔1min。一种极性做完后，要换另一种极性。一根线做完后，再换另一根线。当然也可以两根线同时注入脉冲，甚至几根线同时注入。由于脉冲群信号在电源线上的传输过程十分复杂，很难判断究竟是分别施加脉冲还是一起施加脉冲更为严酷，因此，同时加脉冲也仅仅是一种试验形式而已，最终要由试验来判定。

一般情况下，受试设备只对其中某根线和某个极性的试验比较敏感。如果特定的 I/O和通信端口无法采用耦合夹来进行耦合，可以采用金属带或导电箔覆盖或缠绕在相应电缆上的方法来代替容性耦合夹进行试验。但是，要求其分布电容应与标准耦合夹相同。

2.6.3.3　试验中的注意事项

在电快速瞬变脉冲群试验中，试验配置的规范性是非常重要的，应主要注意以下几点：

① 参考接地，没有参考接地板，干扰就加不到受试设备上去，因为脉冲群施加的为不对称干扰，需要公共参考点。并且，为了保证试验结果的正确性，接地板的面积应足够大。

② 脉冲群干扰含有极其丰富的谐波成分，这是因为干扰波的单个脉冲十分陡峭，前沿为5ns，半宽也达到了50ns，其中幅度较大的频率可以达到60MHz以上。对电源线来讲，即使长度只有1m，由于长度已可和传输频率的波长相比，因此信号在上面传输时，部分干扰通过线路进入受试设备（传导），部分要从线路逸出，成为辐射信号进入受试设备（辐射）。因此，受试设备受到的干扰实际上是传导与辐射的结合。传导与辐射的比例与电源线长度有关：线路短、传导成分较多；线路长，辐射成分较多。由于线路与参考地之间的分布电容的关系，辐射的强弱还和电源线与参考接地板的贴近程度有关，线路离接地板近，分布电容大（容抗小），干扰被分布电容滤掉的成分就越多，辐射分量较小；线路离接地板远，分布电容小（容抗大），干扰被分布电容滤掉的成分就越少，辐射分量较大。

综上所述，试验用电源线的长度、离参考接地板的高度乃至电源线与受试设备的相对位置，都有可能成为影响试验结果的因素。为了保证试验结果的重复性和可比性，注意试验配置的规范性就显得十分重要。由于脉冲群试验除了具有传导干扰外，还存在一定程度的辐射干扰。对于不同的导线数目和不同的导线摆放位置，受试设备对辐射干扰的响应情况是不同的。因此，除了试验配置的规范性外，还要注意每次试验时附在受试设备上的附加导线根数及摆放位置是否一致。

此外，由于不同的试验运行程序对受试设备结电容的充、放电情况是不同的，因此，不同的试验运行程序也可能影响试验结果。这一点，也需要试验人员加以注意。

总之，试验人员对试验情况都要仔细记录在案，以便使试验结果具有可追溯性。

2.6.4　试验等级

试验等级应按照设备预期安装使用的环境条件进行选择。环境条件分5个等级（表2-11）：

第 1级：具有良好保护的环境，典型的环境如计算机房等。

第 2级：受保护的环境，典型的环境如工厂和发电厂的控制室和终端室等。

第 3级：典型的工业环境，代表环境有工业过程控制设备的安装场所、发电厂和室外高压变电所的继电器房、铁路信号所机械室等。

第 4级：严酷的工业环境，如未采用特别安装措施的电站、室外工业过程控制设备的安装区域、露天的高压变电站的配电设备和工作电压高达500kV及以上的开关设备等。

第 5级：需要加以分析的特殊环境。

表2-11为开路输出试验电压和脉冲的重复频率。