Kiểm tra theo tiêu chuẩn IEC61000-4-5 Ed.3 ở Bộ mô phỏng "Nhiễu do sét gây ra năng lượng cao"

2023.05.26

Ứng dụng

Giới thiệu sơ lược

Một bộ mô phỏng tái tạo “Nhiễu do sét gây ra năng lượng cao”, nguyên nhân bắt nguồn từ sự thay đổi điện thế trên mặt đất hoặc được thực hiện đối với đường dây điện hoặc đường dây điện thoại do dòng điện sét.
Bài kiểm tra tính miễn nhiễu này được yêu cầu bởi các tiêu chuẩn chính như IEC61000-4-5 và JEC 210/212 và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp.

Tiêu chuẩn IEC 61000-4-5: là một phần của series IEC 61000, mô tả thử nghiệm miễn nhiễm đột biến gây ra bởi nguyên nhân: quá điện áp từ chuyển mạch và quá độ sét. Phiên bản thứ hai của IEC 61000-4-5 được phát hành năm 2005 và đã được sử dụng trong nhiều năm. Phiên bản thứ ba được phát hành dưới dạng tiêu chuẩn EN vào năm 2014. Triết lý chung của phiên bản thứ ba không thay đổi so với phiên bản thứ hai. Tuy nhiên, đã có một số cải tiến đối với tiêu chuẩn: giải thích bổ sung để xóa bỏ sự mơ hồ, mô tả mới không có trong phiên bản thứ hai và các Phụ lục (thông tin) mới có thể được sử dụng để trợ giúp trong việc áp dụng tiêu chuẩn.

1. Tổng quan

Nhiệm vụ của bài kiểm tra trong phòng thí nghiệm được mô tả là tìm ra phản ứng của EUT trong các điều kiện hoạt động cụ thể, đối với điện áp tăng vọt do hiệu ứng chuyển mạch và sét ở các mức độ đe dọa nhất định. Tiêu chuẩn này quy định 2 loại dạng sóng kết hợp. Một là mô phỏng quá trình truyền tín hiệu vào đường dây cung cấp điện và đường kết nối (Dạng sóng điện áp là 1,2/50μs và dạng sóng dòng điện là 8/20μs) và phương pháp kia đang thực hiện tác động tín hiệu vào đường dây viễn thông (Dạng sóng điện áp là 10/700μs và dạng sóng dòng điện là 5/320μs). Tiêu chuẩn này không nhằm kiểm tra khả năng cách điện của EUT chịu ứng suất điện áp cao, dòng điện sét trực tiếp, tức là sét đánh trực tiếp, không được xem xét trong tiêu chuẩn này.

2. Mức kiểm tra

Điện áp kiểm tra hở mạch (kV)

Mức	Model bình thường	Chế độ thông thường
1	-	0.5
2	0.5	1.0
3	1.0	2.0
4	2.0	4.0
X	Đặc biệt	Đặc biệt

*X: Có thể ở bất kỳ mức nào, trên, dưới hoặc ở giữa các mức khác. Mức sẽ được thỏa thuận giữa các nhà sản xuất và người sử dụng.

3. Bộ tạo dạng sóng và Xác minh dạng sóng

Mạch tạo

H: Nguồn cao áp

R_c: Điện trở sạc

C_c: Tụ điện lưu trữ năng lượng

R_s: Điện trở định hình thời lượng xung

R_m: Điện trở phù hợp với trở kháng

L_r: Cuộn cảm định hình thời gian tăng

Biến động điện áp (1.2/50μs)

Front time: T_f = 1,67 × T = 1,2μs ± 30%

Duration: T_d = T_w = 50μs ± 20%

Biến động dòng điện (1.2/20μs)

Front time: T_f = 1,25 × T_r = 8μs ± 20%

Duration: T_d = 1,18 × T_w = 20μs ±20%

Thông số dạng sóng kết hợp 1.2/50μs

	Front time T_f (µs)	Duration T_d (µ)s
Điện áp hở mạch	T_f = 1,67 × T = 1,2 ± 30 %	T_d = T_w = 50 ± 20 %
Dòng điện ngắn mạch	T_f = 1,25 × T_r = 8 ± 20 %	T_d = 1,18 × T_w = 20 ± 20 %

4. Thông số kỹ thuật dạng sóng điện áp tại cổng EUT của đường dây điện CDN

Thông số kỹ thuật dạng sóng điện áp 1,2/50μs tại cổng EUT của đường dây điện CDN (điện áp hở mạch)

	Trở kháng khớp nối	Trở kháng khớp nối
Điện áp hở mạch *	18 µF (line-to-line)	9 µF + 10 Ω (line-to-ground)
Điện áp đỉnh Hạng mức dòng điện ≦ 16 A 16 A ＜ Hạng mức dòng điện ≦ 32 A 32 A ＜ Hạng mức dòng điện ≦ 63 A 63 A ＜ Hạng mức dòng điện ≦ 125 A 125 A ＜ Hạng mức dòng điện ≦ 200 A	Điện áp đặt +10 %/-10 % Điện áp đặt +10 %/-10 % Điện áp đặt +10 %/-10 % Điện áp đặt +10 %/-10 % Điện áp đặt +10 %/-10 %	Điện áp đặt +10 %/-10 % Điện áp đặt +10 %/-10 % Điện áp đặt +10 %/-15 % Điện áp đặt +10 %/-20 % Điện áp đặt +10 %/-25 %
Front time	1,2 µs ± 30 %	1,2 µs ± 30 %
Duration Hạng mức dòng điện ≦ 16 A 16 A ＜ Hạng mức dòng điện ≦ 32 A 32 A ＜ Hạng mức dòng điện ≦ 63 A 63 A ＜ Hạng mức dòng điện ≦ 125 A 125 A ＜ Hạng mức dòng điện ≦ 200	50 µs + 10 µs/ -10 µs 50 µs + 10 µs/ -15 µs 50 µs + 10 µs/ -20 µs 50 µs + 10 µs/ -25 µs 50 µs + 10 µs/ -30 µs	50 µs + 10 µs/ -25 µs 50 µs + 10 µs/ -30 µs 50 µs + 10 µs/ -35 µs 50 µs + 10 µs/ -40 µs 50 µs + 10 µs/ -45 µs

*Phải sử dụng CDN đáp ứng định mức dòng điện của EUT và thông số kỹ thuật dạng sóng liên quan của nó từ bảng này.

Thông số dạng sóng dòng điện tại cổng EUT của đường dây nguồn CDN (dòng điện ngắn mạch)

	Trở kháng ghép nối	Trở kháng ghép nối
Các thông số dòng điện biến động dưới các điều kiện ngắn mạch	18 µF (line-to-line)	9 µF + 10 Ω (line-to-ground)
Front time	T_f = 1,25 × T_r = 8µs ± 20%	T_f = 1,25 × T_r = 2,5 µs ± 30%
Duration	T_d = 1.18 × T_w = 20μs ± 20%	T_d = 1,04 × T_w = 25 µs ± 30%

Mối quan hệ giữa điện áp hở mạch đỉnh và dòng điện ngắn mạch đỉnh tại cổng EUT của đường dây nguồn CDN

Điện áp đỉnh hở mạch +/-10% tại cổng EUT của CDN	Dòng đỉnh ngắn mạch +/-10% tại cổng EUT của CDN (18μF)	Dòng đỉnh ngắn mạch +/-10% tại cổng EUT của CDN (9 µF + 10 Ω)
0,5 kV	0,25 kA	41,7 A
1,0 kV	0,5 kA	83,3 A
2,0 kV	1,0 kA	166,7 A
4,0 kV	2,0 kA	333,3 A

CDN dòng điện một pha (chế độ line-to-line)

CDN dòng điện một pha (chế độ line-to-ground)

CDN dòng điện ba pha (chế độ line-to-line)

CDN dòng điện ba pha (chế độ line-to-ground)

CDN cho các đường kết nối không đối xứng không được che chắn

CDN cho các đường kết nối đối xứng không được che chắn

CDN cho các đường truyền tốc độ cao đối xứng không được che chắn lên tới 1000Mbit/s

Thông số kỹ thuật dạng sóng tăng đột biến tại cổng EUT của CDN đối với các đường kết nối không đối xứng không được che chắn

Phương pháp ghép nối	Điện áp ngõ ra từ máy phát điện	Điện áp tại cổng EUT của CDN Voc ± 10 %	"Front time" của điện áp T_f = 1,67 × Tr ± 30 %	"Duration" của điện áp T_d = T_w ± 30 %	Dòng ngắn mạch tại cổng EUT của CDN I_sc ± 20 %	Thời gian trước dòng điện T_f = 1,25 x T_r ± 30 %	Thời lượng dòng điện T_d = 1,18 x T_w ± 30 %
Line to PE R = 40Ω, CD = 0,5 µF	4 kV	4 kV	1,2 µs	38 µs	87 A	1,3 µs	13 µs
Line to PE R = 40Ω, CD = GDT 4	4 kV	4 kV	1,2 µs	42 µs	95 A	1,5 µs	48 µs
Line to line R = 40Ω, CD = 0,5 µF	4 kV	4 kV	1,2 µs	42 µs	87 A	1,3 µs	13 µs
Line to line R = 40 Ω, CD = GDT	4 kV	4 kV	1,2 µs	47 µs	95 A	1,5 µs	48 µs

Thông số kỹ thuật dạng sóng tăng đột biến tại cổng EUT của CDN đối với các đường kết nối đối xứng không được che chắn

Phương pháp ghép nối	Điện áp ngõ ra từ máy phát điện	Điện áp tại cổng EUT của CDN Voc ± 10 %	"Front time" của điện áp T_f = 1,67 × Tr ± 30 %	"Duration" của điện áp T_d = T_w ± 30 %	Dòng ngắn mạch tại cổng EUT của CDN I_sc ± 20 %	Thời gian trước dòng điện T_f = 1,25 x T_r ± 30 %	Thời lượng dòng điện T_d = 1,18 x T_w ± 30 %
Line to PE R = 40Ω Thiết bị ghép nối*	2 kV	2 kV	1,2 µs	45 µs	48 A	1,5 µs	45 µs

*GDT, Thiết bị kẹp, Thiết bị Avalanche

Nên hiệu chỉnh CDN ở điện áp định mức cao nhất. Các giá trị hiển thị trong bảng dành cho giá trị cài đặt là 4 kV. Nếu CDN được định mức cho điện áp tối đa khác, hiệu chuẩn sẽ được thực hiện ở điện áp tối đa đó. (Trong trường hợp điện áp cực đại là 6kV, hãy nhân giá trị dòng điện ngắn mạch trong bảng này với 1,5)

5. Thiết lập kiểm tra

Áp dụng đột biến cho đường dây cung cấp điện

Sóng kết hợp 1,2/50 (C/W) được chỉ định trong tiêu chuẩn IEC61000-4-5 được áp dụng thông qua các đường dây điện CDN của bộ mô phỏng LSS-6330. Tuân thủ các yêu cầu tiêu chuẩn, trình mô phỏng là của ngõ ra floating. Trình giả lập có thể tiến hành một loạt kiểm tra đối với các cài đặt được lập trình sẵn.

Áp dụng đột biến cho đường dây viễn thông

Sóng kết hợp 1,2/50 (C/W) được chỉ định trong tiêu chuẩn IEC61000-4-5 được áp dụng thông qua các đường viễn thông CDN của bộ mô phỏng LSS6330.

Ứng dụng tăng đột biến thông qua các đường kết nối không đối xứng không được che chắn CDN

Bộ tạo đột biến 1,2/50 uS của bộ mô phỏng LSS-6330 sẽ được sử dụng kết hợp với CDN bên ngoài tùy chọn. CDN này được kết nối giữa EUT và AE (thiết bị phụ trợ).
Đối với tất cả các thử nghiệm được trình bày ở đây, nếu không có quy định nào khác, chiều dài của cáp giữa EUT và CDN phải là 2m hoặc ngắn hơn.

Thiết lập kiểm tra cho các đột biến được áp dụng cho các đường dây được che chắn

Trong trường hợp có các đường dây che chắn, xung điện phải được đặt vào vỏ kim loại của EUT (đối với EUT không có vỏ kim loại, xung điện phải được đặt vào vỏ của cáp)

Việc áp dụng các đột biến phải được thực hiện từ cổng ngõ ra của máy phát thông qua tụ điện 18μF. Thiết bị phụ trợ phải được kết nối với mặt đất trong khi EUT thì không.

Tất cả các thiết lập thử nghiệm được hiển thị ở đây là các ví dụ để thực hiện các thử nghiệm bằng cách sử dụng bộ mô phỏng LSS-6330. Một số bộ phận không phải là yêu cầu của tiêu chuẩn IEC có liên quan.

6. Quy trình thử nghiệm

Thực hiện bài kiểm tra
- Số lượng các đột biến
  - Đối với các cổng nguồn DC và các đường kết nối, năm xung đột biến dương và năm xung âm.
  - Đối với các cổng nguồn AC, năm xung dương và năm xung âm, mỗi xung ở 0º, 90º, 180º và 270º;
- Thời gian giữa các xung: 1 phút hoặc ít hơn

7. Đánh giá kết quả kiểm tra và báo cáo kiểm tra

Kết quả thử nghiệm phải được phân loại theo tình trạng mất chức năng hoặc suy giảm hiệu suất của thiết bị được thử nghiệm, so với mức hiệu suất do nhà sản xuất hoặc người yêu cầu thử nghiệm xác định hoặc theo thỏa thuận giữa nhà sản xuất và người mua sản phẩm. Cách phân loại được khuyến nghị như sau:

Hiệu suất bình thường trong giới hạn được chỉ định bởi nhà sản xuất, người yêu cầu hoặc người mua;
Mất chức năng tạm thời hoặc suy giảm hiệu suất sẽ chấm dứt sau khi hết nhiễu và từ đó thiết bị được kiểm tra phục hồi hiệu suất bình thường mà không cần sự can thiệp của người vận hành;
Mất chức năng tạm thời hoặc suy giảm hiệu suất, việc điều chỉnh cần có sự can thiệp của người vận hành;
Mất chức năng hoặc suy giảm hiệu suất không thể phục hồi do hư hỏng phần cứng hoặc phần mềm hoặc mất dữ liệu.

Nói chung, nếu EUT có thể miễn nhiễm với các đột biến được đưa vào trong tất cả các khoảng thời gian xác định và đáp ứng các yêu cầu chức năng theo thông số kỹ thuật của sản phẩm, thì kết quả thử nghiệm có thể được đánh giá là “Tốt”.

Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm các điều kiện thử nghiệm và kết quả.

8. Thử nghiệm đột biến đối với các đường dây liên lạc đối xứng ngoài trời không được che chắn

Phiên bản thứ 3 của tiêu chuẩn yêu cầu sóng kết hợp 10/700 us chỉ được áp dụng cho các cổng kết nối với đường dây viễn thông ngoài trời và Phụ lục A (Quy chuẩn) dành riêng cho thử nghiệm này. Các đường dây viễn thông ngoài trời thường có chiều dài lớn hơn 300, do sóng 10/700 uS có chiều dài này mang tính đại diện hơn. Các đường dây viễn thông thường được bảo vệ bởi một thiết bị bảo vệ chính được lắp đặt tại lối vào cáp vào tòa nhà. Thử nghiệm phải được thực hiện với bộ bảo vệ chính dự kiến.

Mạch tạo dạng sóng kết hợp 10/700 (10/700・5/320μs)

U: nguồn cao áp
R_c: Điện trở sạc
C_c: Tụ điện lưu trữ năng lượng
R_s: Điện trở định hình thời lượng xung
R_m: Điện trở phù hợp với trở kháng
C_s: Tụ định hình thời gian tăng
S_i: Công tắc đóng khi sử dụng điện trở phù hợp bên ngoài

Dạng sóng điện áp hở mạch

Dạng sóng dòng điện ngắn mạch

Định nghĩa các tham số dạng sóng của dạng sóng kết hợp 10/700 μs

Mối quan hệ giữa điện áp hở mạch cực đại và dòng điện ngắn mạch cực đại của dạng sóng kết hợp 10/700μs

	Front time µs	Duration µs
Điện áp hở mạch	10 ± 30 %	700 ± 20 %
Dòng điện ngắn mạch	5 ± 20 %	320 ± 20 %

Điện áp hở mạch cực đại tại ngõ ra máy phát điện ±10 %	Dòng ngắn mạch cực đại tại ngõ ra máy phát ± 10 %
0,5 kV	12,5 A
1,0 kV	25 A
2,0 kV	50 A
4,0 kV	100 A

Ví dụ thiết lập thử nghiệm bằng cách sử dụng bộ tạo 10/700 us và CDN cho các đường dây thông tin đối xứng ngoài trời không được che chắn

Thông số kỹ thuật dạng sóng tăng đột biến tại cổng EUT của CDN cho các đường dây thông tin đối xứng ngoài trời không được che chắn

Phương pháp ghép nối	Chế độ thông thường Thiết bị ghép nối 1 cặp 27,5Ω
Điện áp ngõ ra từ máy phát điện	4 kV
Điện áp hở mạch tại cổng EUT của CDN Voc ± 10 %	4 kV
Điện áp - Front time: T_f = 1,67 x T_r ± 30 %	8 µs
Điện áp - Duraton T_d = T_w ± 30 %	250 µs
Dòng ngắn mạch tại cổng EUT của CDN - I_sc ± 20 %	145 A
Front time của dòng điện - T_f ± 30 %	3,2 µs
Duration của dòng điện - T_d ± 30 %	250µs

*Lưu ý: Các quy trình và thiết lập thử nghiệm này được trích dẫn từ Tiêu chuẩn IEC61000-4-5 Ed.3 (2014). Vui lòng xem qua tiêu chuẩn nếu cần thêm chi tiết.