EMC知识(转载)

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  目录

一．概述
二．量度继电器与保护装置的EMC标准
1．高频电气干扰
2．静电放电干扰
3．辐射电磁场干扰
4．快速瞬变干扰
三．电磁干扰防护的一般原则
1．    高频电气干扰防护
2．    静电放电干扰防护
3．辐射电磁场干扰防护
4．快速瞬变干扰防护
四．TC95的其它EMC标准
1．冲击浪涌干扰
2．射频传导干扰
3．    电磁发射限值
4．    量度继电器和保护装置的电磁兼容要求
五．结束语
六．附录
1．量度继电器和保护装置的EMC标准概况
2．IEC61000系列标准简介




一．概述
   随着科学技术的发展，特别是微电子、信息、通讯等高科技的迅速进步与发展，对电磁骚扰的控制与防护提出了繁多而又复杂的问题。在世界各国，特别是欧洲的一些先进国家，经过几十年对电磁干扰和抗干扰等问题的研究和控制，已将这些技术研究形成了一门新兴的学科——电磁兼容（Electromagnetic Compatibility）。
   电磁兼容就是研究在有限的空间、有限的时间、有限的频谱资源条件下，各种用电设备（分系统，系统、广义的还包括生物体），可以共存并不致引起降级的一门科学，国家标准GB/T 4365-1995《电磁兼容术语》对电磁兼容所下的定义为：“设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力”。就是说在规定的电磁环境中，任何设备、系统都不因受电磁干扰而降低工作性能，并且其本身所发射的电磁能量也不大于规定的极限值，以免影响其它设备或系统的正常工作，从而达到互不干扰而共存的目地。
   国际无线电干扰特别委员会（法文缩写是CISPR）是国际电工委员会（IEC）的一个特别委员会，它成立于1934年，是最早开始系统地对电磁兼容进行研究的国际性的标准化组织。该委员会成立的初衷主要是保护广播、通讯不受电磁干扰的影响。围绕这方面的问题，对车辆、家电、电动工具、工科医射频设备、高压架空线路等提出了一系列骚扰限值（包括射频辐射和传导两方面,工作频率多在9kHz～18GHz）和测试方法的标准。近几年来随着它的业务范围不断扩大，也开展了一些抗扰度标准的研究。它更主要的重点还是研究电磁骚扰限值及其测量方法。
TC65是IEC工业过程测量与控制设备专业委员会，它下设的WG4工作组最早系统地开展了设备抗干扰标准的研究，并与1984年出版了著名的IEC801标准中的第一批分标准。（与IEC801系列标准对应的国家标准是GB/T13926系列标准）。自从IEC801标准问世以后，引起了各有关领域的重视，不断被有关电气和电子设备的国际标准或各国的国内标准所引用（或等效采用）。在量度继电器与保护装置方面TC95最早出版的四个抗干扰标准中有三个就是以IEC801为基础，即静电放电、辐射电磁场、和快速瞬变干扰。
   TC77是IEC中研究电气设备（包括网络）之间电磁兼容性的专业委员会，属于研究共性技术的技术委员会。因此在它负责制订的IEC61000-4标准中，除了在IEC801标准中已提到的五种试验外，从它自身的特点出发，着重研究低频段、静电的和瞬态脉冲作用下的各种传导和电磁场干扰。当然，也不排除斥它对高频辐射电磁场的研究。IEC61000-4系列标准是目前国际上比较完整和系统的抗扰度基础标准。
现在TC65工业过程控制和测量技术委员会有关EMC的工作已转交给TC77——电磁兼容技术委员会，IEC801-1～6都由相应的IEC61000系列中的相应标准替代，且以后该标准的修订也将由TC77承担。
   量度继电器和保护装置专业委员会TC95，也很早就对继电保护的抗干扰问题给予认真的关注。它的第一个抗干扰标准是IEC255-22-1-1988 <<1MHz脉冲群干扰试验>>。到目前为止，TC95已出版了六个抗干扰标准。它们都与IEC61000-4中的相应标准相对应，还有一个发射标准即IEC60255-25，它与CISPR22相对应。另有一个标准，那就是IEC255-11-1979《量度继电器、直流辅助激励量的中断与交流分量》，也属于电磁兼容的范筹。
   我国在继电保护方面的EMC研究和标准制订工作开展的也比较早。在七十年代，晶体管保护出现后，为解决干扰问题从74年开始就列为重点项目，并以解决高压变电所设备操作引起的干扰作为重点，经过大量现场测试，在1976年制定出了急需的抗干扰试验方法和标准，并于1985年列入正式的国家标准。这就是GB6162-85《静态继电器及保护装置的电气干扰试验》。对TC95的现已出版的六个抗干扰标准，已有四个等同或等效转为国家标准。另两个也列入了今年的工作计划。一个发射标准已通过讨论，审定上报。随着这些标准的实施，将有效地提高我国继电保护产品的电磁兼容水平，为电力系统的稳定运行提供可靠的保证。
二．量度继电器和保护装置的EMC标准
   1．GB/T14598.13-1998  1MHz脉冲群干扰试验
  对应的IEC标准是IEC60255-22-1：1988《1MHz burst disturbance tests》，它是等效采用。等效采用的原因是我们在IEC255-22-1的基础上又增加了100kHz脉冲群干扰，一方面是因为我国的电力工作者在这方面有自己的实际工作，是我们自己测试总结出来的；另一方面，已出版的IEC61000-12〈〈振荡波抗扰度〉〉中，提到的干扰信号频率就是100kHz、1MHz两种。
①干扰的形成：脉冲群干扰。即阻尼振荡波，也是我们常说的衰减振荡波干扰。它主要是模拟电厂、中高压变电站的开关切换。或重工业设备的电弧放电产生的电磁干扰。特别是关于高压母线的开关操作时，在被操作回路内会出现非常徒峭（波头时间为几十ns）的瞬变波。
②脉冲频率：由于与高压电路中的特性阻抗失配，电压波会有反射，按照这一观点，在高压母线中的瞬态电压和电流波特性是由线路的长度和传播时间来决定基本频率的，就户外变电站 受上述参数及母线长度的影响（母线的长度可从几十米至几百米，例如典型值是400m）振荡频率的范围大约在100kHz至几MHz之间。在这方面，1MHz的振荡频率可代表大多数的情况，但对大型高压变电站 来说，则100kHz比较合适。
③重复频率：振荡波的重复频率在几Hz至几kHz之间变化，这与开关触头之间的距离有关，当触头接近时，重复频率为最大，但当触头间距离增大到接近到几乎要熄灭时，每一相的最小重复频率将是电源频率的两倍（对50Hz的高压系统来说，每相为100/s；对60Hz高压系统来说，每相为120/s）。因此，在考虑了这种现象之后，选择40/s和 400／s是一种折衷的方案。
④波头时间：为了达到试验结果的一致性，试验波第一个峰值的上升时间的具体数值很重要，通过对主要由断路器和隔离开关燃弧引起的干扰电压进行测量，已表明上升时间为50ns到100ns之间。如果上升时间非常短暂小于20ns 。由于试验引线分布参数的变化，对提供试验结果的一致性比较困难，而较长的上升时间又将限制试验频谱的上限频率，则使试验更接近单一频率试验，所以IEC255-22-1和IEC61000-4-12都规定了第一个峰值的上升时间是75ns（100kHz、1MHz都是如此）。这是一个折衷的数值。
⑤干扰的传播方式：100kHz和1MHz脉冲群干扰是一种传导干扰，干扰电压主要经由接到继电器的导体和通过一个或多个基本的耦合机制——传导、感应或电容耦合传递到继电器或保护装置上。
   A．传导耦合：（公共阻抗引起）两个可能具有独立功能的电路，通过两个电路公用的某个阻抗耦合时发生的传导耦合，例如：该阻抗可能是一根公共的接地线。
   B．感应耦合：一个回路的电流产生的磁场引起另一个回路出现电感耦合。当两个回路彼此靠近，且平行时，产生最大耦合。
C．电容耦合：一个回路的电压产生的电场引起另一个回路出现电容耦合。
     ⑥  标准的发展： IEC60255-22-1正进行修订。修订内容主要有以下几个方面：
  标准 是以IEC61000-4-12为基础，其干扰信号源应满足IEC61000-4-12的要求。这样，修改后标准就增加了首半波正，负极性的要求，老标准对首半波的极性没有要求；
老标准把严酷等级分为1、2、3级，新标准没有严酷等级之分。但规定了设备各个端口的干扰电平，见表一。

                         表一　EUT　各端口的试验电压
试验端口    试验电压(kV)
   共模    差模
电源    2.5    1
输入/输出    2.5    1
通信    1    0
工作地线    0    0

    
    老标准的考核对象主要是继电器和普通装置，仅检查装置或继电器是否误动、拒动。新标准则根据继电保护的发展，继电保护装置现在所具有的各种功能，提出了具体的验收细则，见表二。
表二  验收准则
功能    验收准则
保护    规定限值内的正常性能
命令与控制    规定限值内的正常性能
测量    试验期间暂时降低、试验结束自动恢复、存储数据不丢失
人机接口、可视报警    试验期间暂时降低或功能丧失、试验结束自动恢复、存储数据不丢失
数据通讯    误码率增加、传送数据不丢失

      根据这样的验收细则，我们操作起来就相对具体一些，对保护装置的考核也就更全面一些，希望大家对这些变化要给予充分地理解。尤其是验收细则，这也将是以后我们其它各种抗干扰试验的判据准则。
1MHz脉冲群干扰试验的主要参数及基本试验方法（见GB/T7261-2000.25.1）。
   2．GB/T14598.14-1998 静电放电干扰试验：
  对应的IEC标准是60255-22-2：1996《Electrostatic discharge test》，该标准属等同采用。
①    试验的模拟对象：带静电物体进行放电时，会产生放电电流。这个放电电流会产生短暂的、强度很大的电磁场。放电时产生短暂的放电电流和相应的电磁场可能引起电气电子设备（如计算机终端设备等）的电路发生故障，甚至损坏。静电放电试验的目地就是检验操作人员带静电以后操作设备对设备发生静电放电，考核电气、电子设备在遭受静电放电干扰时的性能。
②    放电方式：标准规定了接触放电和空气放电两种施加方法。在接触放电中又分直接放电和间接放电两种方法。
    空气放电：利用放电电极与试品接近过程中，由飞向试品的火花，对试品进行放电试验。其试验结果与放电电极相对试品的接近速度、接近角度、空气湿度、大气压力、空气电离程度，以及试品的工作状态等有关。此外，电流脉冲的上升时间与充电电压的高低有密切关系。随着电压的改变，脉冲的频谱也在改变，电压较低时，典型的上升时间是100ps到5ns，电压达到8kV以上时，上升时间就变为5～30ns，使放电波形的高频成份明显减少。
   接触放电：将放电电极可靠接触放电部位后采用高压真空继电器作为放电器件，这是目前唯一能够产生重复和高速放电电流的器件。
放电线路的储能电容代表了人体电容，现公认150PF比较合适，放电电阻为330Ω，用以代替手握钥匙或其它金属工具的人体电阻。现已证明用这种金属放电状态来再现人体放电的方法，是足够严酷的。
   标准推荐接触放电为首选的试验方法，以保证试验结果的重复性和可比性。当受试验设备的可接近表面为非导体时，才采取空气放电（在接触放电中静态继电器和保护装置只采用直接放电不采用间接放电）。
③静电放电对产品的影响方式：ESD的发生，其对产品的影响形式不外乎传导和辐射两种，而一次完整的ESD，实质上包含多种现象，如电场、磁场、电流、电晕等，其对产品的影响是多方面的，只是有主要、次要之分而已。
   静电放电对产品的影响途经：
   a．直接的ESD：直接的ESD主要发生于操作者在操作电子产品时，可直接接触的地方。如外壳、开关、拨盘、连接器、电位器。若放电电压击穿器件绝缘，直接进入内部电路，很容易造成器件损坏。
b．间接的ESD：放电电流的流动要感应出电场、磁场，而电场、磁场，则经由空间的辐射影响到电子产品。
   静电放电干扰的主要参数及基本试验方法（见GB/T7261-2000 25.2）。
   3．GB/T 14598.9-1995，辐射电磁场干扰试验
    对应的IEC标准是60255-22-3：1989《Radiated electromagnetic field disturbance tests》该标准也是等同采用。
①试验的模拟对象：射频电磁场干扰是人们最早考虑的电磁干扰，国际无线电干扰特别委员会CISPR最初就是研究干扰对广播接收效果的影响，但它的内容是研究各种设备所产生的无线电干扰特性的测量方法，以及对它们的限值。
    真正地把射频电磁场干扰作为考核设备抗干扰能力，而写进国际性的电磁兼容标准系列，则要首推IEC TC65委员会（研究过程测量与控制装置的技术委员会）。及由它们出版的IEC801-3-1984，该标准的出现，主要是因为各种移动通讯工具的大量出现和广泛使用，因为使用人员与设备间的距离又特别近。因此，由移动电话所产生的辐射干扰就特别强，根据国外电气研究部门的测量，0.5W至12W的甚高频（VHF）和超高频（UHF）的移动电话，在工作时所产生的场强的统计平均值可表示为：
         
                                     式中：P为移动电话的额定功率W；
                                            d为移动电话与被干扰设备间的距离m。
   上式表明，当移动电话与设备很近时，由移动电话所产生的辐射电磁场的强度甚至可以达到几十V/m，从这里不难看出，移动电话对电子设备的干扰作用了。
②试验等级：
该标准把试验的场强分成若干等级，见表三。
表三 严酷等级
严酷等级    试验场强（V/m）
1    1
2    3
3    10
×    特殊
   注：表中所列场强是非调制信号的场强。
   1级：为低辐射环境，如设备距离当地广播/电视台1km以外，及附近只有小功率的移动电话在使用。
   2级：为中等辐射环境，如在不近于1m的地方使用小功率移动电话（功率一般小于1W），这是典型的商业环境。
   3级：较为严酷的辐射环境，如在设备附近（1m以外）使用功率较大的（如功率大于2W）移动电话，或者附近有大功率广播发射机等，这是典型的工业环境。
   ×级：为一未定级，由专门的产品标准，或由用户与制造商来协商确定。
③标准的发展：
   第一版IEC801-3标准于1984年作为第一批IEC801标准与总论及静电放电两个分标准一起颁发。当时考虑的带宽是27～500MHz，而且是不调制的高频连续波。
   近年来，随着各种电子设备的大量使用，使原本已复杂的电磁环境愈加恶化了，因此，在1992年出版的IEC801-3修订稿，把试验频带从27～500MHz，扩展成80～1000MHz，而且为了模拟实际情况还要用1kHz的正弦波进行调制，调制深度为80%。
   下限频率由27MHz提高到80MHzz，主要是两方面的考虑。
   其一是吸波材料的尺寸；辐射电磁场干扰试验，通常是在电波暗室中进行，为减少反射，在屏蔽室的内部要内衬射频吸收材料。吸收材料通常由泡沫塑料（做成角锥型）揉进炭粉和石墨来构成的。角锥的长度与被吸收频率的波长有关，频率越低，则角锥长度愈长。通长应大于或等于最低吸收频率的1/4波长。27MHz时，角锥的长度应达到2.8m。由于吸波材料太长，既占空间，又易变形，将低频端改为80MHz后，吸波材料的长度可大大缩短。当然，若采用铁氧体与角锥组成的复合吸波材料，角锥的尺寸还可缩小。
   其二是在频率较低时，由于天线的增益较低，对天线的输入功率要求极高，如要满足测试距离3m，场强10V/m，80%调制，在30MHz时，功率放大器的输出功率需达3kw。这样，将使设备的价格变得使人几乎不能忍受。
现在，上述标准已被国际上普遍接受，已把它写进了基础性的电磁兼容试验标准IEC6100-4-3-1995。
IEC60255-22-3在2000年也根据IEC61000-4-3-1995进行了修订。
IEC60255-22-3-2000除上述变化外，在试验内容上还有一个重要变化，在89版的IEC255-22-3中，干扰过程中只考核被试产品是否误动，2000版的IEC60255-22-3中，除考核产品的误动外，还在五个规定的频点上考核被试产品是否能够正确的动作与复归。规定的频率点见表四
                      表四    频率点
试验    频率点（MHz）    公差    调制    占空度    键控频率(Hz)
1    80    ±0.5%    80%    100%    -
2    160    ±0.5%    80%    100%    -
3    450    ±0.5%    80%    100%    -
4    900    ±0.5%    80%    100%    -
5    900    ±5MHz    脉冲    50%    200±2

辐射电磁场干扰的主要参数及基本试验方法（见GB/T7261-2000 25.3）
   4．GB/T14598.10-1996快速瞬变干扰
   电快速瞬变脉冲群干扰试验，这是它的全称，对应的IEC标准是IEC6025-22-4-1992《Fast Transient disturbance tests》，属等同采用。
①试验的模拟对象
   在控制系统中断开电感性负载时（如继电器、接触器、断路器等），常会产生这类干扰。断电时，积蓄在电感内的电磁能量转化为电感线圈及接线回路内的分布电容的静电能量，在线圈两端及断电触点间产生过电压，由于触点的分离速度是有限的，而触点间的电压变化率却很高，当电磁能量尚未全部转换化为静电能量时，触点间隙的电压已超过其绝缘程度，于是间隙被击穿发生电弧重燃。分布电容上的电压经触点间隙放电，瞬变电压尚未达到峰值就开始下降，使电弧熄灭。当触点间隙的绝缘恢复后，又重复上述充放电过程，再一次发生电弧重燃与熄灭，如此反复进行下去，直到触点拉开到足够的距离，而瞬变电压不能使其再击穿时，过程才告结束。每一次电弧熄灭与重燃，都产生一个脉冲，脉冲电压幅值一般为2～7kV，频率可高达数MHz，脉冲组持续时间可达数十毫秒，具体数值与工作电压的高低、负载电感量的大小、触点的断开速度和介质的耐受能力有关。
   这种暂态干扰，虽然其电压较高，但能量很小，一般不大可能引起设备的损坏，但由于其上升时间很短，频谱分布较宽，所以对电子电气设备的可靠工作威助很大。电快速瞬变脉冲群干扰试验就是模拟这类瞬态干扰对电子、电气产品的影响。
②对快速瞬变干扰试验的说明
   IEC60255-22-4标准是以IEC801-4为基础，也就是现在的IEC61000-4-4，该标准对快速瞬变脉冲群给出了详细定义，有关参数分别是：单个脉冲的上升时间、单个脉冲的脉宽、脉冲频率、脉冲群持续时间和脉冲群周期以及电压幅值等。标准规定的参数值，通常都是典型值，符合统计规律。但也有例外，例如，脉冲群重复频率指标。实际电磁环境下脉冲群的重复频率从10kHz至几MHz，但由于受当时元器件水平的限制，该参数只能做到几kHz，所以标准规定该参数值为5kHz和2.5kHz两种。目前，能输出1MHz脉冲群的产品已成熟。另外标准规定的电压幅值指标也不够高。国外有资料报告，已通过快速瞬变四级干扰的电子产品在实际应用中仍有故障出现，后通过提高快速瞬变干扰的电压，或增加脉冲频率，使故障现象得到了再现。这说明标准的最高严酷等级有所偏低，估计未来这两项指标可能都要提高。
标准规定脉冲的上升沿为5ns，半峰宽度为50ns，其频谱宽度可达70MHz，这样的带宽也决定了干扰耦合途径的多样性，其干扰传播虽以传导为主，但由于频谱带宽所致，分布电容的耦合也是其重要传播方式之一。同时还可通过空间辐射进行传播，我们处理起来必须认真对待，格外小心，要对装置进行全面考虑，整体防护。

三．电磁干扰防护的一般原则  
   1．1MHz/100kHz脉冲干扰保护：
1MHz/100kHz脉冲干扰是我们接触最早的抗干扰标准，在最初开始阶段，由于大家对抗干扰都很陌生，元器件水平也较低（当时的高频高压电容体积很大，高频特性还很差），装置很容易受干扰。十几年来，经过大家的摸索、实践，以及元器件水平的提高，这样干扰可以说大家已防护的很好了，1999年和2000年的监督抽查中，几乎没有产品在这个干扰中出现问题。平常的产品检验中，这个项目也很容易通过，即使有问题，处理起来也比较简单。通常在受干扰回路串入滤波器即可解决。更多情况是在被干扰回路的入口处，并联几个高频、高压磁片电容即可。当然，也有对这种干扰非常敏感，而且采取多种措施效果甚微。这时，虽然可能有电路设计的原因，但还有一种原因我们往往比较容易忽视，但影响却很大。这就是装置内部的一些接插件接触不良，或是一些关键器件的重要管脚虚焊。虽然在正常情况下，装置的各项功能都正常，但是，因为虚焊，接触不良或是电路匹配不好等原因，使系统的噪声容限特别低，稍有风吹草动，系统就会瓦解、崩溃，乱作一团。这需要我们从重视工艺水平，注意选择元器件质量方面进行处理。现在元器件的供应非常充足方便，应该买正品、工业品，并进行必要的筛选。这样不仅对产品检验有好处，也是产品在电力系统中长期可靠运行的重要保证。
2．静电放电干扰的防护：
   GB/T14598.14-1998规定了两种静电放电干扰的施加方法，接触放电为优先采用的方法。只有当被量度继电器或保护装置的可接近表面为非导体时才采用空气放电。接触放电中的间接放电没有采用。在试验严酷等级的第三级和第四级，接触放电和空气放电两种方法的放电电压有所不同。GB/T14598.14-1988指出，电压不同是由这两种试验方法的性质所决定，不意味这两种试验方法的试验严酷性相等。但有的标准确指出，两种试验方法的严酷程度是等值的。有的资料甚至明确指出接触放电的严酷程度要甚于空气放电。
从我们的试验结果来说，也很难说哪种试验方法更严酷一些。因为不同的产品对两种试验方法敏感程度是不一样的。有的产品对空气放电不敏感，对接触放电却非常敏感，有的产品则恰恰相反，这其中的原因在资料上也没见到有什么明确解释，可能是被试装置的绝缘间隙太小或放电波形前沿的变化所引起的。
如果被试装置的一些检测部位绝缘间隙不够。在做空气放电时，因电压等级较高，容易造成绝缘出穿，使被试产品受干扰。
   接触放电是它的放电电流波形很陡，且不易受环境条件和其它人为因素所影响，这样就保证了其放电波形的高频成份，如果被试装置对这样的高频成份很敏感的话，就很容易被干扰。
对静电放电干扰的防护：除了电路上的一些基本通用原则外，还有两条主要措施：一是要有良好的屏蔽接地，通过估测，给静电放电电流提供一个低阻抗释放通道。同时，该放电电流通道还要尽量远离装置内的敏感电路。二是要有足够的绝缘间隙，防止静电高压窜入内部电路。
   针对继电保护装置的特点，希望大家能注意以下点：
①面板上尽量不放或少放置开关、拔盘，以及防护差的信号灯、按钮等。有一种带锁的电路开关，是金属外壳，可能是内部的电气间隙不够，所有采用这种锁的装置，在静电放电干扰中都有问题。面板上的数字拔盘开关，建议选用绝缘强度较高的产品，如OMRON的A7D。液晶显示器也是一个薄弱环节（许多产品的液晶显示器仅仅是在面板上开个窗口显示而已），应认真加以防护，如不能选用薄膜面板的话，至少要在其上覆盖一层稍厚一点的聚脂薄膜进行防护。
   ②装置应采用整体金属面板，整体面板容易可靠接地（注意：一些产品虽然采用了整体金属面板，但没有设计专门的接地线，仅仅依靠金属面板的固定螺钉或面板与机箱的金属铰链实现接地，这无法保证接地的可靠性）。金属面板要用专门的接地螺钉或其它措施，通过专用的接地线实现可靠接地。插件式面板接地困难，常常只能靠面板背面与机箱框架的接触实现接地连接，但面板上的柒膜或铝型材的氧化膜都不导电，或导电性很差，且很难清除，无法保证面板与金属机箱框架之间形成良好的电接触。如果通过插件印制板布排专门的面板接地线，则往往是“引狼入室”，很可能把静电放电过程中产生的高电压、大电流，直接引入到印制板上，一形成“干扰地线”使装置的抗干扰能力更差，同时，该地线还可能对一些导电回路的绝缘性能带来不利的影响。
③对整体面板最好能实行整体的绝缘面膜覆盖
   对整体面板实行面膜覆盖，可将面板上的显示器、信号灯、按键等等都保护起来，只要面膜的绝缘强度足够高（一般的绝缘面膜都能满足要求）。当把静电高压施加到面膜时，几乎看不到放电现象发生，静电放电的干扰也就大大减少了。当然，有些产品采用了薄膜面板，因是非导电面，按规定施加空气放电干扰，装置没有任何响应。应该说效果不错。可是用接触放电法，仅仅是把接触放电的放电继电器在靠近其面板附近动作几下就会对装置造成影响。这属于非标准试验，无法进行判定。但有一点可以说明，装置本身对一些强度较高的高频辐射可能比较敏感。
   静电放电干扰的防护措施很多，诸如PCB板的布线要合理，机箱结构的电气联接要可靠，外壳开孔避免过长、过大，因过长过大的开孔，会形成二次辐射，破坏屏蔽效果。对必需的散热孔，选用小圆孔要比长方孔好。这对抗辐射电磁场干扰也有好处。还有许多许多。一些资料还把它列为专题，从理论到实际进行全面的讲述。希望大家更进一步的探讨实践，找出更多更好的方法来。
   3．辐射电磁场干扰的防护：
  关于辐射电磁场的干扰机理，通常的理解就是，产品在辐射电磁场中，它们所有的进出线都可能是接收天线，产品内部一些敏感电路都有一定的分布电容、电感、互感等等，扫频过程中，当这些电路的固有频率与辐射电磁场的干扰频率接近或是某种倍数关系时，就会在这些频点附近谐振，被敏感电路接收、放大，从而对产品造成影响。
从试验情况来看，含有敏感电路（主要指运算放大器）的集成电路产品，如电流、电压继电器很难通过辐射电磁场干扰试验，而且会在许多频点上的误动，引起误动的干扰场强也有大有小。同样是集成电路产品而且与电流、电压继电器的结构完全相同，如数字时间继电器几乎不受辐射电磁场的影响。这说明数字电路受辐射电磁场的影响较小。微机保护产品受辐射电磁场的影响也小得多，这可能与保护的算法、软件滤波等有很大关系。不象普通的集成电路产品只有放大、比较环节，即使有滤波电路，带宽也很限。受干扰时，运放比较器一翻转就出口了。微机保护产品受干扰时，很多也都是由A/D前面的运算放大器引起的。有时不用采用什么特别措施，只是将运算放大器的型号种类换换，就可能解决问题。
   使微机保护受辐射电磁场影响的另一主要原因是开关电源，很多开关电源都受辐电磁场的影响，在辐射电磁干扰中，在某些频点，它的输出电压会发生波动，从而影响到保护装置的工作。只是许多微机保护通常都是金属机箱，屏蔽接地后，使内部的开关电源也受到了保护，这样，开关电源的影响不大显著，但如若机箱屏蔽的不好，开关电源就有可能造成影响。
   同其它几种干扰比较起来，辐射电磁场干扰的防护相对来说要轻松一些，特别是有金属外壳的微机型产品更容易通过，其防护的要点就是屏蔽接地，保证机箱整体电气联接良好。面板和机箱要少开孔，开小孔，开圆孔。一般情况下，只要静电放电和快速瞬变干扰能够通过。辐电磁场干扰就很少出问题，如果静电放电和快速瞬变干扰不能通过，说明装置本身对电磁干扰十分敏感，常常在辐射电磁场干扰检验中也会有问题出现。
   因此，我们可把防护的重点放在防御静电放电和快速瞬变上。这样的干扰通过了，如在辐射电磁场干扰出现问题，则重点检查机箱的屏蔽接地，以及开关电源和运算放大器的选用等。
   4．快速瞬变干扰的防护：
在快速瞬变干扰的基础标准IEC61000-4-4中，同一严酷等级下被试产品不同的端口有不同的试验电压，见表五。
表五  IEC 61000-4-4试验严酷等级
等级    试验电压（kv）
   电源线    I/O信号、数据和控制线
1    0.5    0.25
2    1    0.5
3    2    1
4    4    2
X    特殊    特殊

   从表中可以看出，供电电源端口的干扰电压，要比I/O、信号、数据端口高一倍，但在IEC60255-22-4中，并没有这样的明确表示，只是用文字指出，对安装在发电厂、变电站和工厂中正常使用的量度继电器和保护装置，Ⅲ级为优先选用的级别，对不同的输入/输出端口，一个继电器和保护装置可以有不同的干扰电压。
   考虑到继电保护装置的实际使用情况，在配屏时，产品的进出线很少进行分类布线。大都是根据配线方便集中捆扎。这样，装置的各个端口都有受到干扰的可能。所以，在试验过程中，只要产品技术条件没有明确指出，一般都按同一电压等级考虑。大家如在当地的实验室做这种检验时，应注意到这一情况，只要装置许可，还是将各个端口的干扰电压统一起来为好。
   对于安装在开关柜上的保护装置，或其它就地安装的保护，大家应把快速瞬变干扰的严酷等级定为Ⅳ级，提高产品的干扰耐受值。即使普通使用的产品把严酷等级提升到Ⅳ级，在同类产品的竞争中，也将处于比较有利的地位。
   由于快速瞬变干扰脉冲的特点，其干扰传播途径虽以传导为主，但由于频率带宽所致，利用分布电容耦合也是其重要传播方式之一。另外，也有一部分通过空间辐射进行干扰。在产品设计中要对装置进行全面考虑，整体防护。
   1）．元器件选择与使用
①PT、CT最好选用带屏蔽层的，要选用重质量、有信誉的供应商，屏蔽层要焊接引出，（不要压接）。在使用过程中，PT、CT的进出线一定要尽可能地分开，屏蔽层要用尽可能粗的线接大地。对干扰信号形成尽可能地隔离衰减。
②所有的开入/开出回路都要用光耦或其它隔离器件进行隔离。光耦的选择也很重要。曾有一个保护装置，系统比较大，有多个光隔插件，在试验过程中，发现有的插件工作很好，有的插件受干扰影响很大，插件的印制板电路是一模一样的。交换插件的安装位置，好插件仍正常工作，故障插件问题依旧。通过仔细观察，发现好坏插件的光耦有所不同。虽然光耦的型号一样，但却是两批买的，两批买的两种光耦的印字、外观的粗糙度都有差别，质量好的明显优于质量差的。将光耦更换后，插件也不受干扰了。可见光耦的质量还是有很大差别的，即使是同一型号，不同的生产厂家，质量也不一样。
   光耦布线也应注意，不要把光耦两端的进出线布排在一起，这样光耦本身的隔离程度就要打折扣了，甚至失去对干扰脉冲的隔离能力。
③在满足功能要求的前提下，CPU最好选择自带RAM、EPROM、E2PROM的芯片，不用扩展。使地址总线、数据总线都不出芯片，A/D转换可选用V/F芯片，再用光耦进行隔离。CPU的I/O接口线都要选用光电耦合器进行隔离，CPU回路要单独供电，并用DC/DC电源模块进行隔离，以保证外部可能进来的干扰，与CPU回路最大限度地隔离。
运放的选择也应注意，必要时应能用其它型号的运放直接代换、比对。数字电路的选择，在满足功能要求的情况下，尽量选用低速电路，尽量选用电平触发的电路（边沿触发易受干扰）。
关健的出口回路要用正负逻辑电平互锁。
   2）．印制板和电路布局
   印制电路板的设计是整个抗干扰设计的关键。如果设计得得当，是各种抗干扰措施中最具性能价格比势的手段。反之如处理不好，对整个产品的抗干扰性能将是灾难性的。
   有关线路板设计的资料很多，原则、方法也各种各样，许多内容都需要我们根据自己产品的特点去理解、体会，下面提出一些看法，供大家参考。
①首先就是线路的布局规划（减少电容耦合）。要对整个电路进行仔细推敲，精心布置。可能或易引进干扰的器件和布线，一定要远离易受干扰的器件和布线。在电路中起隔离作用器件的进线和出线要分开。如光电耦合器的输入和输出的布线，一定要尽可能地分开。继电器线圈和接点的布线也要远离。PT、CT的进出线更要严格分离。
②减少公共阻抗耦合：让模拟电路和数字电路分别拥有各自的电源和地线回路，切忌模拟信号通过数字地构成回路或数字信号通过模拟地返回。同时在可能的情况下，尽量加宽这两部分电路的电源线和地线的宽度。以便减小电源与地线回路的阻抗，减小任何可能在电源与地线回路中的干扰电压。
③尽量减小各个电路回路包围的面积（防止电磁耦合）。
   一个是信号回路包围的面积，一个是电源回路包围的面积。信号线要尽可能地短，不要绕大圈，电源线和地线要尽可能地靠近。双层板时，让电源线和地线各据一面，上下重合，这会使电源回路的面积最小，阻抗最低。
④选用多层板：多层板的好处是多方面的。它具有抑制止电磁干扰的多重优势。首先，多层板能够为所有的信号提供低阻抗的返回路径，由于每个元件的高频信号都会经由阻抗最低的路径返回信号源。所以，每个信号都可以在信号路径下的地线层直接回送，为此地线层有时也叫做“影象层。由于没有了地线、电源线的阻隔，线号线的布排匆需绞尽脑汁地绕拐穿行。可以很轻松地以最短路径直达。使信号回路的回路面积大大减小。其次，电源回路具有的板间电容，还可抑制电源上的各种干扰脉冲，还有很好的屏蔽作用等等。
   使用多层板时仍要注意，不要把CPU回路的电源层、地线层延伸到模拟电路或光电隔离电路，继电器出口回路中去。各个区域仍要彼此分割，自成回路，互不窜扰。
   另外，有些资料还提到了20H法则，即对于多层线路板，不同区域的地线面的边沿要比电源层或信号层的边沿外延出20H，H是地线层与信号线层，或电源层间的板厚（这可降低两个金属板边电场的辐射）。
   还有2-W原则：当两个回路的印制线间距离比较小时，两个回路之间会发生电磁串扰，串扰会使有关电路功能失常，为避免这种骚扰，应保证两个回路间的线间距离不小于2倍的印制线宽度。即大于2W，W为印制线路的宽度。印制线条的宽度取决于线条的阻抗要求。太宽会减少布线密度，增加成本，太窄会影响传输到终端的信号波形和强度。
  3）。装置内外的配线和布线
    继电保护装置的特点是有大量的输入、输出回路。如电源回路、电压回路、开入回路、开出回路、信号回路等等。由于整屏布线时，很难把它们一一分开，分别走线。它们常常是捆扎在一起，由电缆线通过各种沟、槽通道连到各个取样点或控制点，因此通过分布电容的耦合，各个输入、输出回路都可能引入干扰。对这样的输入、输出线，在装置内部布排时，一定要精心安排，进入装置后，要尽快进入隔离器件，如PT、CT、开关电源、光耦、继电器等。布线越短越好。不能与装置内插件间的连线捆扎在一起，或混排交叉，对装置内一些必需的软连结线（如到面板显示器的连线），也应采取措施，如各个回路单独紧密绞合——双绞线。或在连结线上套上磁环，并用热塑管固定。磁环对高频干扰的衰减效果较好。正确的布线也是一种很有效的抗干扰措施。合理有序地布线能大大降低干扰，且不需增加工序和成本，往往可达到比较满意的抗干扰效果，希望大家对此给予足够 的关注。
   4）．开关电源
   开关电源对电源回路的干扰有一定的隔离作用，但开关电源的进出线一定要分开布线。大多装置都设置了电源开关，并把电源开关布置在装置面板上，对这样的设计一定要小心安排。首先，开关连线要取在电源滤波器的后面，即引向面板开关的连线一定要相对“干净”一些，最好选用屏蔽线。其次，开关连线不能与±5V、±15V、±24V的输出线，或面板指示灯线捆扎布排在一起。以减少开关电源输入/输出间的干扰耦合。
   5）．电源滤波器的选用
   有的滤波器对快速瞬变干扰有明显的抑制作用，它是提高装置抗干扰水平的手段之一。但是滤波器的最终效果与滤波器的选用和安装关系密切。首先是滤波器的选用，我们至少要考虑四个指标，即耐压、阻带、插入损耗和电流容量。滤波器一般都是由电感、电容、电阻组成，其中电容容量的大小和电压等级的高低对漏电流的大小和耐压强度的高低影响很大。另外，由于滤波器多为金属外壳，且体积较小，对内部元器件的摆放，以及进出线的固定要求也很高。要注意选择有元件质量和工艺质量保证的厂家。要选择阻带宽，插入损耗大的产品，电流容量也应满足要求。
   一个好的滤波器很可能因为安装不当而起不到应有的作用，滤波器应和装置安装在一起，并按滤波器的使用要求进行安装布线，这样才有可能使滤波器发挥应有的作用。安装要点：①滤波器外壳要可靠接地；②输入输出线要分开，输入线不进机箱内部，如进机箱，在机箱内的引线越短越好。

四．TC95的其它EMC标准
     前面所介绍的四个EMC标准是TC95已出版，我们已转化为国家标准。近几年来，TC95又陆续出版了传导、浪涌和电磁发射的EMC标准，下面简述一下。
1．IEC60255-22-5浪涌（冲击）干扰试验
   浪涌试验是模拟被试设备在不同环境与安装条件下。可能遇到的雷击（间接雷击），或开关切换过程中，所造成的电压和电流涌。它为评定装置的电源线、输入/输出线，以及通讯线路在遭受到高能量脉冲干扰时的抗干扰能力建立一个共同的依据。
   对冲击浪涌，我们都不陌生。在最早的IEC-255-5-1977<<电气继电器的绝缘试验>>中，已提出了冲击电压试验。这两种标准所用的试验波形完全一样，都是1.2/50μs，但两种试验的目地和侧重点并不一样。冲击电压试验着重考核产品的绝缘性能，它是在产品不工作、不通电时，把冲击电压施加到产品的被试回路。冲击电压试验后，不能影响产品的性能，如出现闪络，则应复查绝缘电阻和介质强度。冲击电压试验只是检验产品各导电回路的电气间隙是否合理，以及所用绝缘材料对高压脉冲的耐受能力。这种试验对脉冲发生器的能量要求并不大，标准规定信号源的输出阻抗为500Ω。
   冲击浪涌抗扰度试验，是检验产品在受到浪涌脉冲干扰时的工作情况，它要求产品在工作状态下，把浪涌脉冲施加到被试产品的工作回路中去。考核产品能否正常工作。这种试验有很大的能量输出，即脉冲发生器为低阻抗的信号源。标准规定为差模试验输出阻抗为2Ω，共模试验输出阻抗为12Ω。这种发生器也叫组合波发生器。它能产生1.2/50μs的开路电压波形，或8/20μs的短路电流波形。如若受试设备的输入阻抗对浪涌呈高阻抗，当浪涌电压不足以使压敏电阻或其它脉冲吸收器件动作时，浪涌发生器输出近似1.2/50μs的电压波形。当浪涌电压高到一定值时，压敏电阻或其它脉冲吸收器件动作，将浪涌信号短路时，浪涌信号发生器马上对负载阻抗的变化作出反应。自动输出类似8/20μs的电流波形（我们在选用脉冲吸收器件时，应注意其电流容量的大小）。
浪涌（冲击）抗扰度试验能力，我们已经具备，但因继电保护专业的国家标准还未出来，所以，还未纳入对产品的正式考核。我们做的产品试验还较少，很难谈出什么太具体的感受。该干扰脉冲对开关电源有一定的影响，主要是干扰过程中使开关电源的输出电压波动。其次对开关电源输入回路器件的耐压、安装和印制板走线提出了更高的要求，对保护装置的动作及其程序运行未见什么明显影响，但对开入量的影响要大一些。这些影响可以从改进电路或软件滤波来消除。
浪涌（冲击）干扰的主要参数及基本试验方法（见GB/T7261-2000 25.5）
   2．IEC60255-22-6射频传导干扰试验
   射频场感应的传导干扰试验的模拟对象与IEC60255-22-3一样，反映的都是对讲机、移动电话及其它射频设备所产品的射频干扰对被试产品的影响，只是两者的频率范围不同，干扰途径不一样。辐射干扰的频率范围是80～1000MHz，通过空间辐射对产品产生影响。传导干扰的频率范围是150k～80MHz。它是通过耦合装置，如各种耦合/去耦网络或是磁耦合夹等，把射频信号耦合到被试产品的各个回路，最终以射频电压和射频电流在设备内部所形成的近场电场和近场磁场对设备产生干扰。
质检中心也已具备了这方面的检测能力，和冲击浪涌干扰标准同样的原因。我们所作的试验很有限的，几乎没有什么感性认识，希望在今后的工作中能和大家共同探讨。
    射频传导干扰的主要参数及基本试验方法（见GB/T7261-2000 25.6）
   3．IEC60255-25-2000电磁发射试验
   这个标准与前面标准的最大不同是干扰对象发生了变化，前面几个标准讲述的是各种外界干扰对继电保护产品的影响（EMC），这个标准讲述则是继电保护产品工作时，可能产生的对外界的辐射干扰，以及对这种干扰的限值和测量方法。
   继电保护产品工作时所产生的辐射干扰必须在规定的限值以内。这样才能减少或避免对外界产品的干扰。
该标准以CISPR22：1997《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》为基础。测试内容分为两部分，即传导发射（150k～30MHz）和辐射发射（30M～1GHz），其各部分的发射限值见下表六。
                        表六 传导发射限值
频率范围（MHz）    限值dB (μV)
   准峰值    平均值
0.15~0.5    79    66
0.5~30    73    60
                            表七  辐射发射限值
频率范围 (MHz)    在10m测量距离处辐射发射限值
准峰值dB (μV/m)
30~230    40
230~1000    47

   其中，传导发射的测量只在辅助电源导线上进行。对大部分的保护产品来说，就是对开关电源的输入端进行测试。通过试验，发现传导发射限值指标实现并不太难，大部分产品的传导发射电平虽很接近限值但仍在限值以下，部分产品有超标现象，主要是滤波电感质量有问题，或是是滤波电感的参数不合适，经过调整，都能满足指标要求。如果认真对待的话，还可以把传导发射电平的指标做的很低。
   辐射发射限值的测量，需要专门的测试场地，如环境电磁噪声电平满足要求的开阔场，或满足尺寸要求的电波暗室，我们因条件暂不具备，尚未进行过这方面的测试。但在辐射电磁场干扰试验中。曾用场强仪看过一些产品，虽然那种方法根本谈不上规范和合理，也没什么可比性，但是相对而言，还是可提供一些参考。从测试情况看，许多产品还是有相当的电磁发射，特别是大功率开关电源发射场强很高，大多在几v/m~十几v/m之间，更有甚者，有的高达近百伏/米。而国外的一种大功率开关电源用同样的方法，几乎观察不到发射，这说明我们还是有相当的差距。
   电磁发射的控制，主要从两个方面着手。一是机箱的屏蔽，二是干扰源的抑制。机箱屏蔽主要保证机箱整体的电气连续性，处理好机箱上的各种缝隙、孔洞。象抗辐射干扰一样，要保证机箱的可靠接地，机箱上的开孔要少、要小。缝隙的处理甚至可用电磁密封条等等。
干扰源的抑制要通过电路的合理接地和各种有效地滤波措施来实现，抗干扰中印制板的设计原则，这里同样适用，多层印制板的应用亦可降低电磁发射，有关资料介绍的方式、方法数不胜数，一时难以穷尽。需要我们根据自己产品的特点，以及对各种干扰抑制措施的理解来合理选用，以取得最佳的性价比。等同采用IEC60255-25国家标准已经通过讨论、送审，至报批阶段。很快就会发布和实施。我们应尽早熟悉，尽快着手。通过理论的学习和实践的探索，生产出满足各种电磁兼容要求的保护和自动控制产品。
电磁发射的主要参数及基本试验方法（见GB/T7261-2000 25.8）
4．量度继电器和保护装置的电磁兼容要求：
  TC95 在97年就已开始这方面的工作，其目地是使欧洲国家和非欧洲国家有一个共同的用于量度继电器和保护装置的EMC标准，其主要内容包括：
   1）．干扰通道：量度继电器和保护装置的干扰通道见下图







2）．对各通道的EMC要求
EMC项目    辅助激励量通道    输入激励量及
输入/输出通道    通信通道    外壳
电磁发射限值    
0.15～30MHz            
30～1000MHz
传导干扰    
150k～80MHz；10V/m    
150k～80MHz；10V/m    
150k～80MHz；10V/m    
快速瞬变干扰    
5kHz；2kV    
5kHz；2kV    
5kHz；2kV    
1MHz脉冲群干扰    
差模1kV；共模2.5kV    
差模1kV；共模2.5kV    
差模1kV；共模2.5kV    
浪涌干扰    
差模1kV；共模2kV    
差模1kV；共模2kV        
电源中断    
100%电压中断；5、10、20、50ms            
辐射电磁场                
80～1000N
数字移动电话电磁场                
900MHz；10V/m
静电放电                
6kV；8kV
工频磁场                
50Hz；30A/m

五．结束语：
   电磁干扰的种类很多，传播方式、干扰途径不尽相同，对静态继电保护装置的可靠运行危害很大，应当引起我们足够的重视。虽然电磁干扰看不见，摸不着，但还是有一定的规律可循。我们要通过对各种电磁干扰的特性、传播方式和干扰途径的认识，以及种种干扰抑制措施的理解和掌握。在产品的设计过程中，对各种干扰都给予充分的考虑，从电路原理的设计、应用软件的编制、元器件的选用、布局、印制板的走线，以及机箱、配线的工艺要求等等都要考虑电磁兼容。在各个可能引入干扰的回路，设置各种滤波隔离手段，对干扰信号进行有效的衰减、分离、吸收，直至减弱和消除其影响。
  在产品设计阶段，同时进行综合的电磁兼容性设计，在相同的电磁兼容性下，可以做到成本最低，效果最好，可谓事半功倍，如有一些疏漏，补救起来也容易得多。如果在设计阶段没有进行抗干扰设计，或对其考虑的很少，待产品完成后，如发现问题，再进行补救，就困难得多，效果也很差，成本也会升高。
   电磁干扰的形成和种类很多，抗电磁干扰的方法和手段也多种多样。甚至它也可以说是一门试验技术，各种技术方法和控制手段的采用不能教条，要根据自己产品的特点合理采用，积极实践、努力探索。新器件、新材料的发展也很快，我们也要对其学习跟踪，及时采用。以此不断地提高继电保护装置的电磁兼容水平。
六．附录
1．量度继电器和保护装置的EMC标准概况

序号    TC77和CISPR    TC95    本专业国标
1    6100-4-1-1992  概述        
2    6100-4-2-1995  ESD（1998）    60255-22-2：1996    GB/T14598.14-1998（idt）
3    6100-4-3-1995  辐射（1998）    60255-22-3：1989    GB/T14598.9-1995（idt）
4    6100-4-4-1995  快速瞬变    60255-22-4：1992    GB/T14598.10-1996（idt）
5    6100-4-5-1995  浪涌（冲击）    60255-22-5    
6    6100-4-6-1996  传导干扰    60255-22-6    
7    6100-4-7-1991  测量导则        
8    6100-4-8-1993  工频磁场        
9    6100-4-9-1993  脉冲磁场        
10    6100-4-10-1993  阻尼振荡磁场        
11    6100-4-11-1994电源中断与波动    60255-11-1979（不完全对应）    GB8367-87
12    6100-4-12-1995  振荡波    60255-22-1-1988    GB/T14598.13-1998（eqv）
13    CISPR 22    60255-25-2000    GB××××（已报批）

2．IEC61000系列标准简介
   TC77电磁兼容技术委员会的主要任务是为IEC的电磁兼容专家及产品委员会制定基础文件即IEC61000系列标准，该系列标准涉及电磁环境、发射、抗扰度、试验程序和测量技术规定，特别是处理与电力网络、控制网络以及与其相连设备等问题，这些标准给出了在电磁环境中发射器与感应器（接收器）之间的兼容性参数值，如发射电平、发射限值、抗扰度电平抗扰度限值、兼容电平、抗扰度余量，兼容余量等，并提供了考核兼容程度的测量和试验方法。由TC77负责的IEC61000系列标准是近年来IEC出版的所包含内容最为丰富的一个系列出版物。IEC61000系列标准主要由六部分构成
 
   1．总则              (IEC61000-1-1)       (GB/T17624.1)
   2．环境              (IEC61000-2-1~10)    (GB/Z18039)
   3．限值              (IEC61000-3-1~18)    (GB  17625)
   4．试验与测量技术    (IEC61000-4-1~28)    (GB/T17626)
   5．安装与调试导则    (IEC61000-5-1~7)     
   6．通用标准          (IEC61000-6-1~5)     (GB/T17799)

据目前掌握的资料，TC77已出版国际标准、技术报告共计45篇，正在进行中的工作项目（包括制定和修订）共70项。

附表给出了采用IEC61000系列标准发布的电磁兼容国家标准，还有TC77已正式发布但尚未转换的IEC61000系列的电磁兼容标准，以及正在制定的IEC61000系列已发布的电磁兼容标准供大家参考。

jiunchi

[s:9] 還算不錯的EMC資訊

[s:23]