李 斌 竇俊杰（德州市氣象局）

淺談電涌保護(hù)器CNAS能力驗(yàn)證的指導(dǎo)意義

李 斌 竇俊杰
（德州市氣象局）

摘 要：中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)（CNAS）已將電涌保護(hù)器列入能力驗(yàn)證計(jì)劃，對(duì)參與這項(xiàng)計(jì)劃的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展電涌保護(hù)器的殘壓測(cè)試的能力驗(yàn)證活動(dòng)，引起電涌保護(hù)器行業(yè)的高度重視。該能力驗(yàn)證計(jì)劃對(duì)提高電涌保護(hù)器的研發(fā)水平和品質(zhì)控制，提高雷電防護(hù)行業(yè)規(guī)范有序推進(jìn)有積極的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：能力驗(yàn)證；電涌保護(hù)器；殘壓測(cè)試

1　能力驗(yàn)證概述

能力驗(yàn)證（Proficiency Testing）是利用實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)來(lái)判定實(shí)驗(yàn)室和檢查機(jī)構(gòu)能力的活動(dòng)，也是認(rèn)可機(jī)構(gòu)加入和維持國(guó)際相互承認(rèn)協(xié)議（MRA）的必要條件之一。

CNAS根據(jù)國(guó)際實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可合作組織（ILAC）、亞太實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可合作組織（APLAC）的相關(guān)要求制定了能力驗(yàn)證政策和要求，組織開(kāi)展能力驗(yàn)證活動(dòng)并參加國(guó)際能力驗(yàn)證計(jì)劃。尋求CNAS認(rèn)可和已獲準(zhǔn)認(rèn)可的機(jī)構(gòu)必須滿足CNAS的能力驗(yàn)證相關(guān)政策，并按照CNAS能力驗(yàn)證領(lǐng)域、頻次要求參加CNAS組織或承認(rèn)的能力驗(yàn)證活動(dòng)，包括能力驗(yàn)證計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)和測(cè)量審核活動(dòng)。

CNAS按照ISO/IEC 17043等國(guó)際通行要求開(kāi)展能力驗(yàn)證活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)室和檢查機(jī)構(gòu)等可以通過(guò)利用能力驗(yàn)證這種外部質(zhì)量保證（EQA）工具，識(shí)別與同行機(jī)構(gòu)之間的差異，補(bǔ)充其內(nèi)部質(zhì)量控制技術(shù)，為自身的持續(xù)改進(jìn)和質(zhì)量管理提供信息；實(shí)驗(yàn)室的用戶、監(jiān)督和管理機(jī)構(gòu)、評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)等可通過(guò)利用CNAS能力驗(yàn)證結(jié)果，判斷實(shí)驗(yàn)室和檢查機(jī)構(gòu)等是否具有從事校準(zhǔn)/檢測(cè)活動(dòng)的能力，以及監(jiān)控他們能力的持續(xù)狀況。

CNAS能力驗(yàn)證的作用和意義表現(xiàn)在兩個(gè)方面：對(duì)認(rèn)可機(jī)構(gòu)來(lái)講這是評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)能力的重要技術(shù)方法之一，也是判斷和監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室能力的有效手段；對(duì)實(shí)驗(yàn)室來(lái)講通過(guò)能力驗(yàn)證來(lái)滿足認(rèn)可機(jī)構(gòu)和有關(guān)管理機(jī)構(gòu)的要求，是推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室自身建設(shè)，并進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量控制的有效手段，同時(shí)，也是向用戶說(shuō)明所

擁有技術(shù)能力的不可或缺的依據(jù)。

能力驗(yàn)證標(biāo)志為：

2　能力驗(yàn)證主要概念

《能力驗(yàn)證規(guī)則》CNAS?RL02中明確了能力驗(yàn)證活動(dòng)包括計(jì)劃、對(duì)比、審核等三個(gè)環(huán)節(jié)的主要概念。

1）能力驗(yàn)證：利用實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)確定實(shí)驗(yàn)室的校準(zhǔn)、檢測(cè)能力或檢查機(jī)構(gòu)的檢測(cè)能力。

2）能力驗(yàn)證活動(dòng)：用于監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室能力的任何實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)或測(cè)量審核，例如由國(guó)家或區(qū)域的認(rèn)可機(jī)構(gòu)、合作組織、政府、行業(yè)組織或提供正式能力驗(yàn)證計(jì)劃的商業(yè)提供者運(yùn)作的實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)和測(cè)量審核。

3）能力驗(yàn)證計(jì)劃：為保證實(shí)驗(yàn)室在特定檢測(cè)、測(cè)量或校準(zhǔn)領(lǐng)域的能力而設(shè)計(jì)和運(yùn)作的實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)。

4）實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)：按照預(yù)先規(guī)定的條件，由兩個(gè)或多個(gè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)相同或類似被測(cè)物品進(jìn)行校準(zhǔn)/檢測(cè)的組織、實(shí)施和評(píng)價(jià)。

5）測(cè)量審核：實(shí)驗(yàn)室對(duì)被測(cè)物品（材料或制品）進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，將測(cè)試結(jié)果與參考值進(jìn)行比較的活動(dòng)。

按此規(guī)則描述，能力驗(yàn)證又可分為兩個(gè)階段，拓?fù)淙鐖D1所示。

3　能力驗(yàn)證內(nèi)容和流程

3.1 能力驗(yàn)證內(nèi)容

中國(guó)家用電器研究院作為CNAS認(rèn)可的能力驗(yàn)證提供者，確定了2015年度實(shí)施的六項(xiàng)能力驗(yàn)證計(jì)劃，首次將電涌保護(hù)器（SPD）的殘壓測(cè)試（CHEARI?PT016）納入了能力驗(yàn)證項(xiàng)目。詳見(jiàn)表1。

圖1　能力驗(yàn)證拓?fù)鋱D

表 1

3.2 能力驗(yàn)證流程（見(jiàn)圖2）

圖2　能力驗(yàn)證流程圖

4　殘壓測(cè)試的基本含義

殘壓（Residual voltage）的定義是指放電電流流過(guò)電涌保護(hù)器（SPD）時(shí)，在其端子間產(chǎn)生的電壓峰值（詳見(jiàn)GB 18802.1—2011 3.17），英文：Ures。電涌保護(hù)器（SPD）的殘壓測(cè)試（CHEARI?PT016）能力驗(yàn)證，通常由權(quán)威的測(cè)試機(jī)構(gòu)提供標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣品和規(guī)定波形（幅值）、參考測(cè)試數(shù)據(jù)和分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。測(cè)試（或測(cè)量）按照GB 18802.1—2011/7.5.2條款執(zhí)行。

雷電防護(hù)分為內(nèi)部防護(hù)和外部防護(hù)兩個(gè)層次，電涌保護(hù)器（SPD）是內(nèi)部防護(hù)的重要的部件。電涌保護(hù)器（SPD）在待機(jī)狀態(tài)下，呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，不應(yīng)影響低壓配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，當(dāng)雷電流襲擾時(shí)，電涌保護(hù)器（SPD）便呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，釋放雷電流，并將過(guò)電壓嵌在一定的安全范圍之內(nèi)。電涌保護(hù)器（SPD）運(yùn)用了非線性元件物理特性達(dá)到保護(hù)用電設(shè)備的目的。

電涌保護(hù)器的殘壓值，表征了電涌保護(hù)器（SPD）限制電壓的高低，可確定電涌保護(hù)器（SPD）的電壓保護(hù)水平（Up）。筆者認(rèn)為，殘壓測(cè)試的基本含義就是測(cè)試（或測(cè)量）電涌保護(hù)器（SPD）的限制電壓，限制電壓（Measured Limiting Voltage）是指施加規(guī)定波形和幅值的沖擊時(shí)，在SPD接線端子間測(cè)得的最大電壓峰值（詳見(jiàn)GB18802.1—2011 3.16）。殘壓（Ures）描述了電涌保護(hù)器（SPD）在放電電流流過(guò)時(shí)，在其端子間必然會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓峰值的物理現(xiàn)象，限制電壓則是在一定的電應(yīng)力作用下，電涌保護(hù)器（SPD）限壓的實(shí)際值。CNAS能力驗(yàn)證應(yīng)該就是取到各實(shí)驗(yàn)室所測(cè)的這個(gè)限制電壓值數(shù)據(jù)，進(jìn)行比對(duì)、審核。

5　殘壓測(cè)試的技術(shù)要點(diǎn)

電涌保護(hù)器（SPD）的殘壓測(cè)試的能力驗(yàn)證，是通過(guò)對(duì)比各實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，并與專業(yè)的測(cè)試機(jī)構(gòu)提供的參考值進(jìn)行數(shù)據(jù)審核?！赌芰︱?yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評(píng)價(jià)指南》（CNAS?GL02）規(guī)定了能力驗(yàn)證的統(tǒng)計(jì)處理和測(cè)量審核的方法。

5.1 正態(tài)分布（見(jiàn)圖3）

圖3　正態(tài)分布圖

5.2 測(cè)量比對(duì)

穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)比分值，Z比分值計(jì)算

En比率來(lái)評(píng)定某一實(shí)驗(yàn)室的每一個(gè)單獨(dú)結(jié)果，En值計(jì)算式中，xLAB為參加實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果；xREF為參考實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果；ULAB為參加實(shí)驗(yàn)室報(bào)告的不確定度（如是認(rèn)可項(xiàng)目，即為認(rèn)可的不確定度）；UREF為參考實(shí)驗(yàn)室報(bào)告的不確定度。ULAB和UREF的置信水平為95%。

5.3 審核判定

（1）Z比分值

Z≤2滿意結(jié)果

2＜Z＜3有問(wèn)題或可疑結(jié)果

Z≥3不滿意或離群的結(jié)果（2）En值

En≤1滿意結(jié)果

En＞1不滿意結(jié)果

5.4 技術(shù)要點(diǎn)分析

（1）波形校驗(yàn)

能力驗(yàn)證殘壓測(cè)試8/20波形應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)，如圖4所示。

8/20的波形校驗(yàn)時(shí)，波頭時(shí)間允差范圍越小越好，盡量與提供的參考值接近。這與測(cè)試設(shè)備計(jì)算精度有關(guān)，測(cè)試時(shí)應(yīng)反復(fù)調(diào)整，力求設(shè)備精度在可接受的范圍內(nèi)，校驗(yàn)確實(shí)有一定的難度，它與實(shí)際測(cè)試結(jié)果密切相關(guān)。

圖4　能力驗(yàn)證殘壓測(cè)試8/20波形圖

（2）通流量的校驗(yàn)

假如規(guī)定的波形和幅值為標(biāo)稱放電電流In取20kA，同樣，其允差范圍也是越小越好，標(biāo)稱放電電流In最好能接近20.00kA。這是考核測(cè)試的精度，需要反復(fù)調(diào)整沖擊電流設(shè)備的高壓輸出值，其難度也是不小的，幾百安的電流偏離，直接影響測(cè)試結(jié)果。通流量校驗(yàn)時(shí)，還應(yīng)將電流互感器計(jì)量考核在內(nèi)。

（3）采樣部件的校驗(yàn)

采樣部件包括電流互感器、電壓采集器（高壓探頭或分壓器）、示波器、PC（計(jì)算軟件）。據(jù)了解目前各SPD實(shí)驗(yàn)室主要差異在電壓采集器部件上。而電壓采集器又是測(cè)量SPD殘壓值核心部件，因此，該部件的校驗(yàn)是避免系統(tǒng)性誤差的關(guān)鍵所在。分壓器與高壓探頭的區(qū)別在于其內(nèi)在阻抗的存在，而且這一阻抗的大小由于受分布參數(shù)的影響難以控制測(cè)量的誤差。權(quán)威測(cè)試機(jī)構(gòu)一般都采用高壓探頭。因此，假如實(shí)驗(yàn)室對(duì)分壓器的阻抗能夠有效控制，測(cè)試/測(cè)量的誤差風(fēng)險(xiǎn)就小一點(diǎn)，若不能建立有效的控制機(jī)制，那最好采用與權(quán)威測(cè)試機(jī)構(gòu)一致的采樣部件。

分壓器與高壓探頭的殘壓（Ures）測(cè)試/測(cè)量比較如表2所示。

同樣的標(biāo)準(zhǔn)試品，不同的采樣方式，偏離比值只有2號(hào)試品相對(duì)接近，殘壓值偏離比值＜2%。由此可見(jiàn)，統(tǒng)一采樣部件還是很重要的。

5.5 接地電阻的校驗(yàn)

電流沖擊試驗(yàn)設(shè)備的接地電阻應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，接地電阻偏離，也會(huì)影響到殘壓測(cè)試的準(zhǔn)確度。在正式測(cè)試/測(cè)量之前，對(duì)接地電阻做好測(cè)定工作，并做好記錄，以便于分析。

表2　分壓器與高壓探頭的殘壓（Ures）測(cè)試/測(cè)量比較表

6　CNAS能力驗(yàn)證的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

由于能力驗(yàn)證是采用各參加實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試數(shù)據(jù)的比對(duì)的一種活動(dòng)。正態(tài)分布圖的μ值，不是事先約定的，而是加權(quán)平均計(jì)算而來(lái)。由于各種客觀原因，實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)誤差必然存在，還有各實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試人員的熟練程度等人為因素，也會(huì)導(dǎo)致測(cè)試/測(cè)量數(shù)據(jù)的偏離。這些都會(huì)影響到比對(duì)的最終結(jié)果。CNAS能力驗(yàn)證的風(fēng)險(xiǎn)確實(shí)存在不可預(yù)測(cè)性。

這就要求參加CNAS能力驗(yàn)證活動(dòng)的各實(shí)驗(yàn)室，一定要以認(rèn)真的態(tài)度，高度負(fù)責(zé)的精神，把握好測(cè)試/測(cè)量過(guò)程中的每個(gè)細(xì)節(jié)，確保所提供的測(cè)試/測(cè)量數(shù)據(jù)能夠反映電涌保護(hù)器（SPD）實(shí)驗(yàn)室真實(shí)水平。也可以在正式測(cè)試之前，按參考值來(lái)進(jìn)行自我比對(duì)和校驗(yàn)，也許能將風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

7　CNAS能力驗(yàn)證的指導(dǎo)意義

隨著國(guó)家行政管理體制和方式改進(jìn)步伐的加快，負(fù)面清單和市場(chǎng)化的監(jiān)管模式漸露雛形。對(duì)雷電防護(hù)電涌保護(hù)器（SPD）來(lái)講，也在發(fā)生深刻的變化，從行政管理逐步轉(zhuǎn)向市場(chǎng)化管理，從粗曠式管理逐步轉(zhuǎn)向精細(xì)化管理。作為電涌保護(hù)器制造商需要不斷適應(yīng)這種行業(yè)管理模式。

20多年來(lái)，電涌保護(hù)器（SPD）在雷電防護(hù)的實(shí)踐中發(fā)揮了不小的作用。電涌保護(hù)器（SPD）制造商為滿足雷電防護(hù)市場(chǎng)的需求，提供了不同類型、不同規(guī)格的產(chǎn)品，也建立各自的實(shí)驗(yàn)室，確保了產(chǎn)品的安全性和可靠性。但是，在如此眾多的制造商中，也難免存在魚(yú)龍混雜的現(xiàn)象。有的企業(yè)雖然購(gòu)置了沖擊電流等電涌保護(hù)器（SPD）所必需的相關(guān)設(shè)備，但日常維護(hù)和使用是否正常，測(cè)試/測(cè)量精度是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，都存在不確定因素。

首次開(kāi)展的電涌保護(hù)器（SPD）CNAS能力驗(yàn)證活動(dòng)，是對(duì)電涌保護(hù)器行業(yè)一次大檢閱。對(duì)雷電防護(hù)行業(yè)的指導(dǎo)意義極為明顯。

1）推動(dòng)了電涌保護(hù)器（SPD）行業(yè)的整體研發(fā)水平和質(zhì)量控制能力進(jìn)一步提高。

2）推動(dòng)了電涌保護(hù)器（SPD）乃至雷電防護(hù)市場(chǎng)進(jìn)一步規(guī)范，作為電涌保護(hù)器（SPD）制造商，不具備研發(fā)驗(yàn)證和質(zhì)量控制的必要設(shè)備，或者不具備測(cè)試/測(cè)量的應(yīng)有能力，就難以被用戶所接受，企業(yè)的市場(chǎng)可信度和客戶的忠誠(chéng)度將會(huì)大大降低。

3）推動(dòng)了電涌保護(hù)器（SPD）行業(yè)管理模式的進(jìn)一步提升。

8　結(jié)束語(yǔ)

電涌保護(hù)器（SPD）CNAS的能力驗(yàn)證對(duì)各制造商實(shí)驗(yàn)室的能力和水平確實(shí)是一個(gè)大考驗(yàn)。作為氣象部門(mén)應(yīng)該關(guān)注和積極參與這次活動(dòng)，也希望在不久的將來(lái)，針對(duì)電涌保護(hù)器（SPD）增加更多的CNAS能力驗(yàn)證項(xiàng)目，推動(dòng)電涌保護(hù)器（SPD）行業(yè)在雷電防護(hù)事業(yè)中發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] CNAS?RL02能力驗(yàn)證規(guī)則[S].

[2] CNAS?AL07 CNAS能力驗(yàn)證領(lǐng)域和頻次表[S].

[3] CNAS?GL02 能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評(píng)價(jià)指南[S].

[4] CNAS?QM: 01 中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)質(zhì)量管理手冊(cè)[S].

[5] GB 18802.1—2011低壓電涌保護(hù)器（SPD） 第1部分: 低壓配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器性能要求和試驗(yàn)方法[S].

收稿日期：（2015-06-22）