Tóm tắt
Những hành vi bất thường trong quá trình thử nghiệm khả năng chống xung điện theo tiêu chuẩn IEC 61000-4-5 thường được cho là do bộ tạo xung điện trước khi cấu hình thử nghiệm hoàn chỉnh được kiểm tra. Trên thực tế, việc không có xung điện đầu ra rõ ràng, gián đoạn nguồn điện của thiết bị cần thử nghiệm (EUT), các chỉ số điện áp hoặc dòng điện bất thường, hoặc độ lặp lại kém có thể bắt nguồn từ một số yếu tố của hệ thống thử nghiệm, bao gồm mạng ghép nối/tách rời, đường dẫn cấp nguồn cho EUT, chế độ ghép nối được chọn, trở kháng nguồn, điểm đo hoặc trạng thái hoạt động của EUT.
Bản ghi chú kỹ thuật này thảo luận về các chế độ hỏng hóc này từ góc độ chẩn đoán trong phòng thí nghiệm. Mục tiêu không phải là cung cấp quy trình sửa chữa cho một thiết bị cụ thể, mà là thiết lập một cơ sở có cấu trúc để phân biệt các hiệu ứng liên quan đến cấu hình với các điều kiện cần xác minh máy phát điện chính thức hoặc dịch vụ kỹ thuật đủ điều kiện.
Nội dung
Bối cảnh và phạm vi
Tiêu chuẩn IEC 61000-4-5 quy định các phương pháp thử nghiệm để đánh giá khả năng chống chịu của thiết bị điện và điện tử đối với các nhiễu xung điện xác định. Thử nghiệm này nhằm mục đích tái tạo các điều kiện quá độ xác định liên quan đến các sự kiện chuyển mạch và các tác động gián tiếp của sét trong phạm vi của tiêu chuẩn. Nó không nên được hiểu là một thử nghiệm chịu đựng cách điện hoặc là một mô phỏng sét đánh trực tiếp.
Tiêu chuẩn này là một phần của hệ thống tiêu chuẩn rộng lớn hơn. Tiêu chuẩn IEC Được sử dụng để xác định các phương pháp kiểm tra khả năng tương thích điện từ, trong khi tiêu chuẩn sản phẩm áp dụng xác định các cổng liên quan, mức độ kiểm tra, cách bố trí ghép nối, điều kiện hoạt động và tiêu chí hiệu suất cho thiết bị cần kiểm tra (EUT).
Sự khác biệt này rất quan trọng trong việc khắc phục sự cố. Máy phát xung có thể hoạt động bình thường trong khi toàn bộ quá trình kiểm tra vẫn không hợp lệ vì đã chọn sai cổng, mạng ghép nối, trở kháng nguồn hoặc trạng thái hoạt động của thiết bị cần kiểm tra (EUT). Ngược lại, phản hồi bất thường của EUT tự nó không chứng minh rằng đầu ra của máy phát xung bị sai.
Vì lý do này, công tác chẩn đoán nên bắt đầu bằng việc kiểm tra toàn bộ hệ thống điều khiển chứ không phải chỉ đánh giá riêng lẻ máy tạo xung.
Khung chẩn đoán
Để chẩn đoán chính xác và có thể lặp lại, cần phải ghi lại cấu hình thử nghiệm thực tế trước khi thay đổi bất kỳ thiết lập nào. Tối thiểu, bản ghi phải xác định tiêu chuẩn và phiên bản sản phẩm áp dụng, điều kiện cấp nguồn cho thiết bị cần thử nghiệm (EUT), chế độ hoạt động của EUT, cổng cần thử nghiệm, cách bố trí ghép nối, mức xung đột biến, cực tính, góc pha (nếu có), khoảng thời gian xung và phương pháp được sử dụng để giám sát hiệu suất của EUT.
Sau đó, cần so sánh hệ thống dây dẫn vật lý với kế hoạch thử nghiệm đã được ghi chép. Việc so sánh này đặc biệt quan trọng khi có nhiều đường dẫn kết nối hoặc mạng bên ngoài, vì tín hiệu từ máy phát chỉ xác nhận trạng thái của máy phát; nó không tự xác định được rằng nhiễu loạn được chỉ định đã được tác động vào cổng EUT dự định.
| Tình trạng quan sát được | Yếu tố cần xem xét đầu tiên trong chẩn đoán | Cơ sở để leo thang |
|---|---|---|
| Không có đầu ra tăng đột biến rõ rệt | Trạng thái hoạt động, khóa liên động, điều kiện báo động, trạng thái chương trình và đường dẫn đầu ra đã chọn | Cảnh báo liên tục, điều kiện an toàn bị lỗi hoặc quá trình xác minh chính thức không thành công. |
| Mất nguồn điện của thiết bị thử nghiệm (EUT). | Đường cấp nguồn của EUT, định mức CDN, ngắt bảo vệ và hành vi đặt lại của EUT | Việc tắt máy nhiều lần hoặc vận hành vượt quá giới hạn cung cấp đã công bố. |
| Điện áp hoặc dòng điện bất thường | Điều kiện đo, trở kháng nguồn, điều kiện tải và điểm đo | Không đáp ứng phương pháp xác minh máy phát điện theo quy định |
| Khả năng lặp lại kém | Trạng thái EUT, cực tính, pha, đường dẫn ghép nối, bố trí cáp và thời gian phục hồi giữa các xung. | Các điều kiện này không thể được tái tạo trong điều kiện thử nghiệm được kiểm soát. |
Nên tránh thay đổi đồng thời nhiều thông số trong quá trình chẩn đoán. Phương pháp chỉ sử dụng một biến số giúp duy trì khả năng truy vết và xác định được điều kiện nào đã làm thay đổi kết quả quan sát được.
Cân nhắc về an toàn. Việc khắc phục sự cố không được phép bao gồm việc bỏ qua cơ chế khóa liên động, ngắt bảo vệ hoặc quy trình xả. Nếu quan sát thấy hoạt động không an toàn của thiết bị cần kiểm tra (EUT), cần dừng thử nghiệm và đưa thiết bị về trạng thái an toàn trước khi thay đổi các kết nối.
Các chế độ lỗi phổ biến
Không có dấu hiệu tăng đột biến rõ rệt.
Trong trường hợp không quan sát thấy hiện tượng tăng đột biến, việc đánh giá ban đầu nên dựa trên trạng thái hoạt động được báo cáo bởi thiết bị. Cần xác nhận các khóa an toàn, điều kiện kích hoạt đầu ra, chương trình kiểm tra đã chọn và đường dẫn kết nối dự kiến trước khi khởi động lại máy phát điện.
Máy phát điện có thể chủ động ngăn chặn việc tạo xung nếu điều kiện an toàn cần thiết không được đáp ứng. Trong những trường hợp như vậy, cảnh báo hoặc thông báo trạng thái hiển thị sẽ hữu ích hơn trong việc chẩn đoán so với việc liên tục cố gắng tạo xung. Cảnh báo kéo dài cần được đánh giá bằng quy trình chẩn đoán do nhà sản xuất quy định.
Phản hồi của thiết bị cần kiểm tra (EUT) không nên được sử dụng làm chỉ báo duy nhất về việc tạo xung. Màn hình không thay đổi hoặc hoạt động bình thường của EUT không chứng tỏ rằng không có nhiễu nào được tác động. Trong trường hợp cần kiểm tra chính tín hiệu đầu ra của máy phát, cần phải có phương pháp xác minh thích hợp.
Mất nguồn điện của thiết bị cần kiểm tra (EUT) trong quá trình thử nghiệm.
Việc mất nguồn điện của thiết bị cần thử nghiệm (EUT) trong quá trình tăng áp không nên ngay lập tức được quy cho máy phát điện. Nguồn điện lưới của máy phát điện và nguồn điện cung cấp cho EUT là hai phần riêng biệt của hệ thống thử nghiệm và do đó cần được đánh giá độc lập.
Đường cấp nguồn cho thiết bị cần thử nghiệm (EUT) thường bao gồm một mạng ghép nối/tách rời. Điện áp và dòng điện định mức của mạng này là một phần của giới hạn hệ thống thử nghiệm, và hoạt động của hệ thống bảo vệ có thể gây ra hiện tượng gián đoạn nguồn điện rõ ràng đối với EUT ngay cả khi quá trình tạo xung vẫn diễn ra bình thường. Bản thân EUT cũng có thể tự khởi động lại hoặc chuyển sang trạng thái bảo vệ để phản ứng với nhiễu loạn tác động.
Để chẩn đoán, do đó cần phải phân biệt giữa việc thiết lập lại thiết bị cần kiểm tra (EUT), gián đoạn nguồn cấp bên ngoài cho EUT và hoạt động của hệ thống bảo vệ CDN. Trạng thái của máy phát điện, CDN và EUT cần được ghi lại trước khi hệ thống kiểm tra được thiết lập lại.
Cổng kiểm tra hoặc đường dẫn kết nối không chính xác
Việc có tín hiệu xung hợp lệ tại máy phát không tự động chứng minh rằng cổng EUT yêu cầu đã nhận được thử nghiệm theo quy định. Kết nối vật lý, đường dẫn ghép nối được chọn và bố trí trở kháng nguồn yêu cầu phải phù hợp với kế hoạch thử nghiệm.
Các thử nghiệm nối dây giữa các pha và giữa pha với đất yêu cầu các tổ hợp dây dẫn khác nhau. Ngoài ra, các cổng nguồn và cổng tín hiệu hoặc truyền thông có thể yêu cầu các mạng ghép nối hoặc đặc tính máy phát khác nhau. Do đó, tính phù hợp của một phương án ghép nối nên được xác định từ yêu cầu áp dụng chứ không phải suy luận từ cài đặt điện áp của máy phát.
Việc tăng mức xung điện không thể bù đắp cho đường dẫn ghép nối không chính xác. Nếu không thể thiết lập hoặc xác minh đường dẫn dự định, cấu hình cần được xem xét lại trước khi tiến hành thử nghiệm thêm.
Các chỉ số điện áp hoặc dòng điện bất thường
Đối với máy phát xung sóng kết hợp Thường được sử dụng trong kiểm tra cổng nguồn, dạng sóng điện áp 1.2/50 μs và dạng sóng dòng điện 8/20 μs được định nghĩa trong các điều kiện tham chiếu khác nhau. Dạng sóng thứ nhất đề cập đến điện áp hở mạch, trong khi dạng sóng thứ hai đề cập đến dòng điện ngắn mạch.
Các đại lượng này không nên được hiểu là hai dạng sóng độc lập và được kỳ vọng sẽ không thay đổi sau khi kết nối với thiết bị cần kiểm tra (EUT). Khi hệ thống thử nghiệm được tải, điện áp và dòng điện quan sát được sẽ bị ảnh hưởng bởi trở kháng nguồn của máy phát, mạng ghép nối, trở kháng của EUT, điểm đo và đặc tính của hệ thống đo.
Do đó, dạng sóng được ghi lại tại một điểm bất kỳ trên thiết bị cần kiểm tra (EUT) không tương đương với việc xác minh chính thức máy phát điện. Khi hiệu suất đầu ra cần được xem xét, việc so sánh nên được thực hiện trong điều kiện xác minh được quy định cho máy phát điện và với thiết bị đo lường đã được hiệu chuẩn phù hợp.
Sự khác biệt giữa các xét nghiệm về mặt danh nghĩa là giống hệt nhau
Sự thay đổi trong phản hồi của thiết bị cần kiểm tra (EUT) giữa các xung điện áp gần như giống hệt nhau không nhất thiết cho thấy độ lặp lại của máy phát điện kém. Trạng thái hoạt động của EUT, tải trọng đặt vào, cực tính, góc pha, đường dẫn ghép nối, khoảng thời gian giữa các xung, cách bố trí cáp và trạng thái phục hồi đều có thể ảnh hưởng đến phản hồi quan sát được.
Thiết bị cần kiểm tra (EUT) phải được đưa về trạng thái hoạt động quy định giữa các xung khi quy trình áp dụng yêu cầu. Các tiêu chí giám sát cũng cần được xác định trước khi thử nghiệm. Sự nhiễu loạn hiển thị tạm thời, gián đoạn giao tiếp, thiết lập lại tự động, tắt máy bảo vệ và mất chức năng vĩnh viễn thể hiện các phản ứng khác nhau của EUT và không nên được coi là các quan sát tương đương.
Việc chấp nhận các phản hồi này được xác định bởi tiêu chuẩn sản phẩm liên quan và các tiêu chí hiệu suất được quy định, chứ không chỉ dựa vào chỉ số của máy phát điện.
Các yếu tố cần xem xét về dạng sóng và trở kháng nguồn
Điện áp xung tối đa không phải là yếu tố duy nhất xác định ứng suất điện tác động trong quá trình thử nghiệm khả năng chống xung. Trở kháng nguồn quyết định mối quan hệ giữa điện áp mạch hở của máy phát và dòng điện khả dụng trong điều kiện trở kháng thấp. Do đó, thông số này rất quan trọng để giải thích kết quả thử nghiệm.
Hai cấu hình hoạt động ở cùng một điện áp xung định mức có thể không tạo ra các điều kiện điện giống nhau nếu trở kháng nguồn, mạng ghép nối hoặc trở kháng của thiết bị cần thử nghiệm (EUT) khác nhau. Do đó, giá trị dòng điện đo được nên được diễn giải liên quan đến trở kháng nguồn và điều kiện tải áp dụng, thay vì so sánh trực tiếp với thông số điện áp hở mạch.
Điều kiện tham chiếu cho sóng kết hợp
1.2/50 μs: dạng sóng điện áp tham chiếu hở mạch
8/20 μs: dạng sóng tham chiếu dòng điện ngắn mạch
Trong quá trình khắc phục sự cố, vị trí đo, thiết bị đo, điều kiện tải, cấu hình ghép nối, trở kháng nguồn đã chọn, mức xung và cực tính cần được ghi lại trước khi so sánh đường cong đo với thông số kỹ thuật.
Khả năng lặp lại của cấu hình thử nghiệm
Tính lặp lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố hơn là chỉ các thiết lập máy phát được lập trình. Các đặc điểm vật lý của bố trí thử nghiệm có thể ảnh hưởng đến cả nhiễu tác động và phản hồi quan sát được của thiết bị cần thử nghiệm (EUT). Do đó, chiều dài cáp, đường đi, nối đất hoặc kết nối tham chiếu, thiết bị phụ trợ và vị trí của EUT cần được kiểm soát khi quy trình thử nghiệm yêu cầu một bố trí xác định.
Điều kiện hoạt động của thiết bị cần kiểm tra (EUT) cũng quan trọng không kém. Một thiết bị hoạt động dưới tải trọng, trạng thái giao tiếp hoặc chế độ chức năng khác không nhất thiết được thử nghiệm trong điều kiện tương đương, ngay cả khi các thiết lập xung điện không thay đổi.
Việc chụp ảnh thiết lập hoặc sơ đồ kết nối được ghi lại trước khi thử nghiệm là một phương tiện đơn giản để bảo toàn cấu hình vật lý. Khi đang điều tra hành vi không nhất quán, việc so sánh các bản ghi này có thể quan trọng không kém việc so sánh các cài đặt của máy phát điện.
Thông tin cần thiết cho chẩn đoán kỹ thuật
Trong trường hợp kết quả kiểm tra không thể giải thích được từ việc xem xét cấu hình ban đầu, biên bản chẩn đoán cần chứa đủ thông tin để một kỹ sư khác có thể tái tạo lại quá trình kiểm tra. Một câu nói như “máy phát xung không hoạt động” không phân biệt được giữa lỗi cấu hình, phản hồi của thiết bị cần kiểm tra (EUT), sự gián đoạn nguồn cung cấp, vấn đề đo lường hoặc lỗi thiết bị.
- Tiêu chuẩn sản phẩm, phiên bản và yêu cầu tăng áp cụ thể áp dụng
- Cấu hình máy phát và mạng ghép nối/tách rời
- Loại nguồn cấp, điện áp và dòng điện của EUT
- Trạng thái hoạt động bình thường của thiết bị thử nghiệm (EUT) và tải trọng đặt vào.
- Cổng đang được kiểm tra và kết nối vật lý
- Đường dẫn ghép nối và trở kháng nguồn cần thiết
- Mức xung, cực tính và góc pha (nếu có)
- Khoảng thời gian và trình tự xung
- Quan sát hành vi của thiết bị thử nghiệm (EUT), nguồn cung cấp và máy phát điện.
- Hiển thị chỉ báo báo động, ngắt mạch hoặc bảo vệ.
- Ảnh thiết lập hoặc sơ đồ kết nối
- Trạng thái xác minh hoặc hiệu chuẩn khi chất lượng dạng sóng bị nghi ngờ.
Mức độ tài liệu hóa này cho phép quá trình chẩn đoán phân tách năm lĩnh vực riêng biệt: yêu cầu thử nghiệm, đường dẫn ghép nối và cấp nguồn, phản hồi của thiết bị cần thử nghiệm (EUT), phương pháp đo lường và tình trạng của thiết bị thử nghiệm.
Thảo luận
Kiểm tra khả năng chống xung điện là một hoạt động ở cấp độ hệ thống. Máy phát chỉ là một yếu tố trong cấu hình bao gồm cả mạng ghép nối, nguồn cấp cho thiết bị cần kiểm tra (EUT), hệ thống dây dẫn vật lý, trạng thái hoạt động, bố trí giám sát và hệ thống đo lường. Do đó, việc khắc phục sự cố chỉ tập trung vào cài đặt máy phát có thể bỏ sót các điều kiện ở những nơi khác trong chuỗi kiểm tra.
Một số triệu chứng có vẻ tương tự nhau có thể có nguồn gốc khác nhau. Ví dụ, việc mất nguồn điện của thiết bị cần kiểm tra (EUT) có thể do EUT khởi động lại, do hoạt động của thiết bị bảo vệ bên ngoài hoặc do sự gián đoạn trong mạng ghép nối. Tương tự, dạng sóng khác với dạng sóng tham chiếu của máy phát có thể đơn giản là do được đo trong điều kiện có tải hoặc tại vị trí không dành cho việc kiểm tra máy phát.
Hậu quả thực tiễn là việc khắc phục sự cố cần duy trì trạng thái thử nghiệm ban đầu càng lâu càng tốt. Thông tin cảnh báo, trạng thái bảo vệ, điều kiện đo lường và phản hồi của thiết bị cần thử nghiệm (EUT) phải được ghi lại trước khi hệ thống được thiết lập lại hoặc dây dẫn được thay đổi. Điều này cho phép các quan sát sau này được liên hệ với sự kiện thực tế thay vì được tái tạo từ trí nhớ.
Trong trường hợp cấu hình được ghi nhận là chính xác nhưng kết quả vẫn không được giải thích, việc xác minh chính thức máy phát điện và mạng lưới liên quan sẽ cung cấp bước tiếp theo đáng tin cậy hơn so với việc thử nghiệm và điều chỉnh cài đặt kiểm tra nhiều lần.
Kết luận
Những hành vi bất thường trong quá trình thử nghiệm IEC 61000-4-5 không nên tự động được phân loại là lỗi thiết bị. Một chẩn đoán chính xác cần phải xem xét đồng thời yêu cầu thử nghiệm, đường dẫn kết nối, trạng thái của thiết bị cần thử nghiệm (EUT) và điều kiện đo lường.
Do đó, quy trình khắc phục sự cố hiệu quả nhất dựa trên khả năng tái tạo hơn là điều chỉnh lặp đi lặp lại: ghi lại tình trạng ban đầu, xác nhận đường dẫn thử nghiệm dự định, so sánh các phép đo trong điều kiện tương đương và thay đổi từng thông số một.
Nếu toàn bộ quy trình thử nghiệm đã được xác nhận và kết quả quan sát được vẫn không phù hợp với các điều kiện kiểm định đã quy định, thì việc kiểm định thiết bị chính thức hoặc chẩn đoán kỹ thuật bởi chuyên gia là phù hợp.
dự án
[1] IEC 61000-4-5:2014+AMD1:2017, Tương thích điện từ (EMC) - Phần 4-5: Kỹ thuật thử nghiệm và đo lường - Thử nghiệm khả năng miễn nhiễm đột biến.
[2] AMETEK CTSHướng dẫn kỹ thuật liên quan đến thử nghiệm xung điện IEC 61000-4-5 và mạng ghép nối/tách rời.
