Испытание технических средств (ТС) на устойчивость к электрическим быстрым переходным процессам (пачкам) (устойчивость к наносекундным импульсным помехам).
При разработке ТС любого профиля — коммерческого, широкого медицинского, специального назначения, в том числе и военного, — одним из важнейших этапов является принятие мер по ее устойчивости к внешним воздействиям, что должно быть подтверждено соответствующими испытаниями и сертификатами. К числу таких обязательных испытаний относится и проверка устойчивости к электрическим быстрым переходным процессам (пачкам).
Устойчивость к электромагнитной помехе, помехоустойчивость - Способность устройства, оборудования или системы функционировать без ухудшения качества в присутствии электромагнитной помехи.
Устойчивость к наносекундным импульсным помехам (НИП) - это способность технических средств функционировать без ухудшения качества при воздействии импульсных помех (пачек переходных процессов), подаваемых на порты электропитания, управления, сигналов и заземления. Существенными особенностями данных испытаний являются высокая амплитуда, малое время нарастания, высокая частота повторения и низкая энергия воздействующих импульсов.
Имитатор пачек помех ЭЛЕМКОМ ИПП-4000
Конструкция
Имитатор со встроенным устройством связи-развязки.
Особенности конструкции
- Имитатор содержит встроенное однофазное устройство связи-развязки на ток до 8 А;
- Изменение ввода помех осуществляется с помощью соединительных кабелей;
- В комплект с имитатором входят емкостные клещи связи ЕК для ввода помех в линии связи;
- Во время испытаний не требуются дополнительные измерительные приборы;
- Светодиодные индикаторы позволяют контролировать генерирование импульсов на выходе имитатора.
Характеристики
- Питание: от сети переменного тока с частотой 50±1,0 Гц и напряжением 220±22 В;
- Габариты — 480×480×120 мм;
- Масса: имитатора — не более 10 кг, клещей — не более 7 кг;
- Амплитуда импульсов напряжения: 0,25 кВ, 0,5 кВ, 1 кВ, 2 кВ, 4 кВ;
- Напряжение питания и ток испытуемого оборудования до 250 В, 8 А;
- Длительность импульсов напряжения 50 нс;
- Фронт импульсов напряжения 5 нс;
- Частота следования импульсов в пачке 2,5, 5 кГц;
- Длительность пачки 15 мс;
- Период следования пачек 300 мс;
- Полярность импульсов — положительная и отрицательная;
- Аттестация каждые 2 года.
Емкостные клещи связи
Габариты — 1050×180×170 мм Емкостные клещи связи обеспечивают возможность подачи электрических быстрых импульсов (пачек) на испытуемые цепи без подключения к клеммам портов ТС, экранам кабелей или каким-либо иным частям ТС.
Метод связи с использованием клещей используют для испытаний на линиях, подключаемых к сигнальным портам (сигнальные порты и порты управления). Допускается использование клещей связи на портах электропитания при невозможности прямой подачи.
Испытания должны продемонстрировать устойчивость электрического и электронного оборудования к различным переходным электромагнитным помехам, аналогичных возникающим в результате коммутационных процессов (прерываний индуктивных нагрузок, размыканий контактов реле и т.п.).
Описание проблемы
Наносекундная помеха имеет ничтожную энергию, она как правило не "выжигает" радиоэлектронные устройства, а вызывает обратимый сбой. Сбоят устройства, обладающие памятью, такие как микропроцессоры, счетчики, и пр. Аналоговые схемы тоже могут обладать "памятью" в виде емкостей или индуктивностей.
Проведение испытаний
Испытания проводят в соответствии со стандартом ГОСТ IEC 61000-4-4-2016 “Электромагнитная совместимость (ЭМС). Часть 4-4. Методы испытаний и измерений. Испытание на устойчивость к электрическим быстрым переходным процессам (пачкам)”. Документ включен в Перечень международных и региональных (межгосударственных) стандартов, а в случае их отсутствия - национальных (государственных) стандартов, содержащих правила и методы исследований (испытаний) и измерений, в том числе правила отбора образцов, необходимые для применения и исполнения требований Технического регламента Таможенного союза "Электромагнитная совместимость технических средств" (ТР ТС 020/2011) и осуществления оценки соответствия объектов технического регулирования, утвержденный Решением Коллегии Евразийской экономической комиссии от 29.06.2021 N 77.
Данный стандарт необходим для подтверждения соответствия требованиям по помехоустойчивости по ТР ТС 020/2011 практически всех видов продукции:
- бытовых приборов, электрических инструментов и аналогичных устройств в соответствии с ГОСТ CISPR 14-2-2016;
- оборудования информационных технологий и мультимедиа в соответствии с ГОСТ CISPR 24-2013 и ГОСТ CISPR 35-2019;
- оборудования электрического для измерения, управления и лабораторного применения в соответствии с ГОСТ Р МЭК 61326-1-2014;
- технических средств охранной, пожарной и охранно-пожарной сигнализации в соответствии с ГОСТ 30379-2017;
- низковольтных источников питания постоянного тока в соответствии с ГОСТ 32132.3-2013;
- устройств комплектных низковольтных распределения и управления в соответствии с ГОСТ IEC 61439-1-2013;
- контроллеров программируемых в соответствии с ГОСТ IEC 61131-2-2012;
- систем бесперебойного питания в соответствии с ГОСТ 32133.2-2013;
- технических средств радиосвязи в соответствии с ГОСТ 31818.11-2012;
- технических средств, применяемых в жилых, коммерческих зонах и производственных зонах с малым энергопотреблением (ГОСТ 30804.6.1-2013), в промышленных зонах (ГОСТ 30804.6.2-2013) и оборудования, используемого в обстановке электростанции и подстанции (ГОСТ IEC 61000-6-5-2017) и др.
Испытательная установка с применением электрических быстрых переходных процессов (пачек) включает в себя:
- имитатор пачек помех ЭЛЕМКОМ ИПП-4000;
- соединительные кабели.
Чтобы проверить правильность функционирования установки должны быть проверены следующие сигналы при помощи соответствующего измерительного оборудования (например, осциллографа):
- сигнал электрических быстрых переходных процессов (пачек) на выходном зажиме устройства связи/развязки;
- сигнал электрических быстрых переходных процессов (пачек) на емкостных клещах связи.
Цель проверки - убедиться в том, что испытательная установка с применением электрических быстрых переходных процессов (пачек) функционирует правильно между калибровками.
Методы подачи испытательного напряжения на ТС зависят от типа порта:
- Порты электропитания переменного/постоянного тока.
- Сигнальные порты и порты управления.
- Клеммы заземления.
Процедура испытаний включает в себя:
- Проверку испытательного оборудования.
- Проверку лабораторных опорных условий (климатические, электромагнитные).
- Проверку правильности функционирования испытуемого ТС.
- Проведение испытаний.
- Оценку результатов испытаний.
План испытаний должен устанавливать:
- Тип проводимых испытаний (в лаборатории или на месте эксплуатации).
- Испытательный уровень.
- Режим связи (общий несимметричный режим и несимметричный режим в случае испытаний на месте эксплуатации или когда отсутствует применимое устройство связи/развязки).
- Полярность испытательного напряжения (обе полярности являются обязательными).
- Продолжительность испытания каждого порта (не должна быть меньше, чем время, необходимое для воздействия на ТС и ожидания его отклика, но ни в коем случае не может быть меньше 1 мин. Технические комитеты, ответственные за разработку стандартов на продукцию, могут выбирать другую длительность испытаний).
- Частоту повторения.
- Порты ТС, которые должны быть испытаны.
- Представительные условия эксплуатации ТС.
- Последовательность подачи испытательного напряжения на порты ТС.
- Вспомогательное оборудование.
Оценка результатов испытаний
Результаты испытаний должны быть классифицированы с точки зрения прекращения выполнения функции или ухудшения качества функционирования ТС в сравнении с уровнем качества функционирования, определенным его изготовителем, заказчиком испытания или соглашением между изготовителем и покупателем продукции.
Некоторые методы защиты от наносекундных импульсных помех (НИП):
Конструкционные способы. Включают рациональное конструирование и монтаж, экранирование, заземление аппаратуры и её отдельных узлов и блоков.
Структурно-функциональные методы. Предполагают рациональный выбор принципа действия аппаратуры, её составных частей и элементной базы, а также используемых систем сигналов.
Схемотехнические методы. Включают пассивную и активную защиту. К пассивной защите относят различные фильтры (L-, C-, LC-, RC-фильтры и т. п.). К активной защите — полупроводниковые ограничители напряжения, разрядники и варисторы.
Использование керамических развязывающих конденсаторов. Их ставят в цепи питания рядом с микросхемами, чтобы уменьшить вредное влияние токов.
Правильная компоновка устройства и выбор оптимальной точки заземления. Это позволяет радикально уменьшить помеховое напряжение во внутренней земле устройства.
Вопросы по теме:
1. Дать определение Устойчивости к наносекундным импульсным помехам (НИП).
Устойчивость к наносекундным импульсным помехам (НИП) - это способность технических средств функционировать без ухудшения качества при воздействии импульсных помех (пачек переходных процессов), подаваемых на порты электропитания, управления, сигналов и заземления.
2. С помощью какого вида испытательного оборудования проводят испытание на устойчивость к электрическим быстрым переходным процессам (пачкам) (НИП)?
Имитатор пачек помех (НИП), например, ЭЛЕМКОМ ИПП-4000.
3. Какой стандарт содержит требования и методы испытаний по устойчивости к НИП?
ГОСТ IEC 61000-4-4-2016. Также он необходим для применения ГОСТ CISPR 14-2-2016, ГОСТ CISPR 24-2013, ГОСТ CISPR 35-2019, ГОСТ Р МЭК 61326-1-2014, ГОСТ 30379-2017, ГОСТ 32132.3-2013, ГОСТ IEC 61439-1-2013, ГОСТ IEC 61131-2-2012, ГОСТ 32133.2-2013, ГОСТ 31818.11-2012, ГОСТ 30804.6.1-2013, ГОСТ 30804.6.2-2013, ГОСТ IEC 61000-6-5-2017 и др.
4. Для чего используются Емкостные клещи связи?
Емкостные клещи связи используют для испытаний на линиях, подключаемых к сигнальным портам (сигнальные порты и порты управления). Допускается использование клещей связи на портах электропитания.
5. Максимальные значения напряжения питания и тока испытуемого оборудования при использовании Имитатора пачек помех ЭЛЕМКОМ ИПП-4000.
Напряжение питания и ток испытуемого оборудования 250 В, 8 А.
