ГОСТ IEC 61000-4-5-2017. Межгосударственный стандарт. Электромагнитная совместимость (ЭМС). Часть 4-5. Методы испытаний и измерений. Испытание на устойчивость к выбросу напряжения
6.3 Устройства связи/развязки
6.3.1 Общие положения
Каждое УСР состоит из схемы развязки и схемы связи, как указано в примерах на рисунках 5 - 11.
Примечание - Резисторы и/или конденсаторы связи могут быть частью УСР, частью генератора или дискретными внешними элементами.
В линиях питания переменного или постоянного тока устройство развязки обеспечивает относительно высокое полное сопротивление для выбросов напряжения, но в то же время позволяет протекать току к испытуемому оборудованию. Это полное сопротивление позволяет формировать импульс напряжения на выходе УСР и предотвращает обратное протекание выброса тока в источник переменного или постоянного тока. Высоковольтные конденсаторы используют как элемент связи, подобранный по величине, чтобы обеспечить прохождение импульса полной длительности к ИО. УСР для источников питания переменного или постоянного тока должно быть сконструировано так, чтобы форма импульса напряжения в режиме холостого хода и форма импульса тока в режиме короткого замыкания соответствовали требованиям таблиц 4, 5 и 6.
Для линий ввода - вывода сигналов и линий связи последовательное полное сопротивление устройства развязки ограничено необходимой шириной полосы для передачи данных. Элементы связи могут быть конденсаторами, когда линия допускает эффекты емкостной нагрузки, ограничительными устройствами или разрядниками. Если ввод помехи производится в соединительные линии, то форма импульса может быть искажена механизмом связи, как описано в 6.3.3.
Каждое УСР должно удовлетворять требованиям 6.3.2 и 6.3.3 и соответствовать требованиям калибровки по 6.4. Применение УСР производят в соответствии со следующей блок-схемой (см. рисунок 4).
Рисунок 4 - Выбор метода связи/развязки
6.3.2 Устройства связи/развязки для портов электропитания переменного/постоянного тока с номинальным потребляемым током не более 200 А на линию
Максимальная амплитуда, длительность фронта и длительность должны быть проверены по напряжению в условиях холостого хода и по току в условиях короткого замыкания на выходном порте ИО. Параметры импульса, измеренные на порте УСР, подключаемом к ИО, зависят от источника генератора и действительны только для конкретной испытанной комбинации "генератор/УСР". Требование к величине отрицательного выброса применяют только к выходу генератора. На выходе УСР ограничений на величину отрицательного выброса не устанавливают.
УСР должно быть подключено к измерительной системе с достаточной шириной полосы пропускания, достаточными возможностями по напряжению и току для мониторинга характеристик сигналов. Индуктивность развязки должна быть выбрана изготовителем УСР таким образом, чтобы падение напряжения на УСР не превышало 10% от его входного напряжения при заданном номинальном токе, но не должна превышать 1,5 мГн.
Для того чтобы предотвратить нежелательное падение напряжения в УСР, значение элемента развязки должно быть уменьшено для УСР с номинальным током более 16 А. Как следствие, пиковое напряжение и длительность импульса напряжения холостого хода, которые измеряются без нагрузки, могут варьироваться в пределах допусков, приведенных в таблицах 4, 5 и 6. ИО с большим потреблением тока представляют собой более низкие полные сопротивления и вызывают выбросы напряжения, близкие к условиям короткого замыкания. Таким образом, для сильноточных УСР форма кривой тока является преобладающей, большие допуски по определению напряжения приемлемы.
Таблица 4
Параметры формы импульса напряжения
на порте УСР для подключения ИО
Параметры формы импульса напряжения в режиме холостого хода <a>, <b> | Полное сопротивление связи | |
18 мкФ ("провод-провод") | 9 мкФ + 10 Ом ("провод-земля") | |
Пиковое напряжение: |
|
|
номинальный ток <= 16 А | Заданное напряжение +10%/-10% | Заданное напряжение +10%/-10% |
16 А < номинальный ток <= 32 А | Заданное напряжение +10%/-10% | Заданное напряжение +10%/-10% |
32 А < номинальный ток <= 63 А | Заданное напряжение +10%/-10% | Заданное напряжение +10%/-15% |
63 А < номинальный ток <= 125 А | Заданное напряжение +10%/-10% | Заданное напряжение +10%/-20% |
125 А < номинальный ток <= 200 А | Заданное напряжение +10%/-10% | Заданное напряжение +10%/-25% |
Длительность фронта | 1,2 мкс +/- 30% | 1,2 мкс +/- 30% |
Длительность: |
|
|
номинальный ток <= 16 А | 50 мкс +10 мкс/-10 мкс | 50 мкс +10 мкс/-25 мкс |
16 А < номинальный ток <= 32 А | 50 мкс +10 мкс/-15 мкс | 50 мкс +10 мкс/-30 мкс |
32 А < номинальный ток <= 63 А | 50 мкс +10 мкс/-20 мкс | 50 мкс +10 мкс/-35 мкс |
63 А < номинальный ток <= 125 А | 50 мкс +10 мкс/-25 мкс | 50 мкс +10 мкс/-40 мкс |
125 А < номинальный ток <= 200 А | 50 мкс +10 мкс/-30 мкс | 50 мкс +10 мкс/-45 мкс |
Примечание - Номинальный ток в таблице 4 - это номинальный ток УСР. | ||
<a> Измерение параметров импульса напряжения должно производиться при ненагруженном входе УСР для подключения к источнику питания переменного/постоянного тока. <b> В таблице приведены значения для комбинированного генератора выбросов напряжения с идеальными значениями. Если комбинированный генератор выбросов имеет значения параметров, близкие к допустимым значениям, отклонения параметров УСР могут привести к генерированию значений за пределами допусков для комбинации "генератор/УСР". | ||
Таблица 5
Параметры формы импульса тока
на порте УСР для подключения ИО
Параметры формы импульса тока в режиме короткого замыкания <a> | Полное сопротивление связи | |
18 мкФ ("провод-провод") | 9 мкФ + 10 Ом ("провод-земля") <b> | |
Длительность фронта | Tf = 1,25·Tr = 8 мкс +/- 20% | Tf = 1,25·Tr = 2,5 мкс +/- 30% |
Длительность | Td = 1,18·Tw = 20 мкс +/- 20% | Td = 1,04·Tw = 25 мкс +/- 30% |
<a> Измерение параметров импульса тока должно производиться при ненагруженном входе УСР для подключения к источнику питания переменного/постоянного тока. <b> Значение 1,04 получено из эмпирических данных. | ||
Таблица 6
Соотношение между пиковым значением напряжения холостого
хода и пиковым значением тока короткого замыкания
на порте УСР для подключения ИО
Пиковое напряжение в режиме холостого хода +/- 10% на порте УСР для подключения ИО, кВ | Пиковый ток в режиме короткого замыкания +/- 10% на порте УСР для подключения ИО (18 мкФ), кА | Пиковый ток в режиме короткого замыкания +/- 10% на порте УСР для подключения ИО (9 мкФ + 10 Ом), А |
0,5 | 0,25 | 41,7 |
1,0 | 0,5 | 83,3 |
2,0 | 1,0 | 166,7 |
4,0 | 2,0 | 333,3 |
В приложении H приведены данные для ИО с номинальным входным током выше 200 А в каждой фазе.
Указанные выше характеристики применимы для однофазных систем (линия, нейтральный провод, защитное заземление) и трехфазных систем (три линейных провода, нейтральный провод и защитное заземление).
Рисунок 5 - Пример устройства связи и устройства
развязки для емкостной связи для линий
переменного/постоянного тока: связь "провод-провод"
Рисунок 6 - Пример устройства связи и устройства
развязки для емкостной связи для линий
переменного/постоянного тока: связь "провод-земля"
Переключатели S1 и S2 используют для выбора отдельных линий для испытаний.
Во время испытаний положение переключателя S2 отличается от положения переключателя S1.
Рисунок 7 - Пример устройства связи и устройства
развязки для емкостной связи для линий переменного тока
(три фазы): связь "провод L2-провод L3"
Переключатель S2 используют для выбора отдельных линий для испытаний.
Рисунок 8 - Пример устройства связи и устройства
развязки для емкостной связи для линий переменного тока
(три фазы): связь "провод L3-земля"
6.3.3 Устройства связи/развязки для соединительных линий
6.3.3.1 Общие положения
Пункт 6.3.3 описывает УСР для всех типов соединительных линий за исключением неэкранированных наружных симметричных линий связи, предназначенных для соединения широко распределенных систем, которые описаны в приложении A.
Способ связи должен быть выбран в зависимости от типов соединительных кабелей, схем и условий эксплуатации, предусмотренных спецификацией продукта/стандартом.
Связь с неэкранированными линиями требует устройств связи, которые обеспечивают достаточную изоляцию между соединительными линиями и генератором выбросов, но позволяют эффективно передавать импульс перенапряжения.
Любые устройства связи, такие как конденсаторы или газоразрядные трубки, способные удовлетворять функциям связи и изоляции, могут быть использованы. Связь с использованием конденсаторов поддерживает целостность формы импульса, но может иметь последствия для фильтрации быстрой передачи данных.
Лавинные устройства, такие как газоразрядные трубки, имеют низкую паразитную емкость и позволяют подключение к большинству типов соединительных линий. Напряжение пробоя соединительного устройства должно быть выбрано как можно ниже, но выше, чем максимальное рабочее напряжение испытуемых линий.
Все УСР должны соответствовать требованиям калибровки по 6.4.
Если сигнальные линии симметричны, в устройстве развязки используют катушки индуктивности с токовой компенсацией.
Требуемая эффективность развязки на стороне вспомогательного оборудования зависит от спецификации оборудования и определяет значение элементов развязки (дроссели, резисторы, конденсаторы, газоразрядные трубки, ограничительные устройства и т.д.), которые будут использовать. Для того чтобы обеспечить максимально возможную эффективность развязки и защиту вспомогательного оборудования, для выбора элементов развязки необходим анализ в каждом конкретном случае.
6.3.3.2 Связь/развязка выбросов напряжения с неэкранированными несимметричными соединительными линиями
Связь с неэкранированными несимметричными соединительными линиями может быть как "провод-провод" так и "провод-земля". Развязка обеспечивается одним дросселем развязки в каждой линии.
Пример УСР для неэкранированных несимметричных соединительных линий показан на рисунке 9.
1) Переключатель S1
- провод-земля: положение 0;
- провод-провод: позиции с 1 по 4;
2) переключатель S2: позиции с 1 по 4:
- во время испытаний положение переключателя S2 отличается от положения переключателя S1.
Примечание - CD: элемент связи (см. таблицу 8).
Рисунок 9 - Пример устройства связи и устройства развязки
для неэкранированных несимметричных соединительных линий:
связь "провод-провод" и "провод-земля"
6.3.3.3 УСР для выбросов напряжения с неэкранированными симметричными соединительными линиями
Из-за характерной природы неэкранированной проводки связи с неэкранированными симметричными соединительными линиями (витыми парами) всегда осуществляются в синфазном режиме, то есть между всеми линиями и землей.
Считается, что передача энергии от генератора выбросов к ИО должна быть постоянной и не зависящей от числа линий в кабеле, что эквивалентно полному сопротивлению связи около 40 Ом. Это эквивалентное полное сопротивление связи распределяется между линиями кабеля.
По этой причине значение резистора связи, используемого на каждой линии в паре, кратно 40 Ом. Это правило применяется для кабелей до 8 линий/4 пар. УСР должно быть выбрано в соответствии с числом линий/пар, существующих в кабеле, но для кабелей с более чем 8 линиями/4 парами пары должны быть разделены и связаны через несколько 8-линейных/4-парных УСР с использованием таких значений резисторов связи, как для испытаний 8-линейных/4-парных кабелей.
Синфазные дроссели используют для развязки, допускающей быструю передачу данных и обеспечивающей эффективную развязку в синфазном режиме.
Один из примеров УСР для неэкранированных симметричных соединительных линий показан на рисунке 10.
Расчет значения резистора связи RC
Пример для n = 4:
RC = 4·40 Ом = 160 Ом.
Значения резисторов связи выбраны таким образом, чтобы их сопротивление в параллель было эквивалентно 40 Ом. Испытание порта на четыре линии, например, требует четырех резисторов по 160 Ом каждый.
L с токовой компенсацией может включать в себя все четыре катушки или только пары (как показано на рисунке 10), чтобы быть эффективными.
Примечание - CD - элемент связи (см. таблицу 10).
Рисунок 10 - Пример устройства связи и устройства
развязки для неэкранированных симметричных
соединительных линий: связь "провода-земля"
Для соединительных высокоскоростных линий могут быть использованы примеры, приведенные на рисунках 10 и 11.
Для того чтобы избежать конденсаторов связи и развязки, оказывающих фильтрующее действие на передачу данных, требуется сбалансированная высокочастотная схема с использованием конденсаторов связи с дросселей связи.
На рисунке 11 показан пример УСР для симметричных соединительных линий, позволяющих проведение испытаний со скоростью соединения менее 1000 Мбит/с.
Расчет значений резисторов и конденсаторов связи:
RC и RD: значения резисторов связи выбраны таким образом, чтобы их сопротивление в параллель было эквивалентно 40 Ом. Таким образом, испытание порта на две пары, например, требует двух резисторов по 80 Ом каждый, а для испытания порта на четыре пары требуются четыре резистора по 160 Ом каждый.
RA, RB, C1, C2, L1, L2, L3: все компоненты подобраны таким образом, чтобы установленные импульсные параметры были выполнены
Рисунок 11 - Пример устройства связи и устройства развязки
для неэкранированных симметричных соединительных линий:
связь "провода-земля" через конденсаторы
Если нормальное функционирование не может быть достигнуто из-за влияния УСР на ИО, комитетам по продукции следует указать соответствующую операцию или установить, что испытание на устойчивость к выбросу напряжения не требуется.
Подписаться на обновления