魏景鋒 趙佳洋 趙旭 遼寧省醫(yī)療器械檢驗檢測院 （遼寧 沈陽 110171）

內(nèi)容提要：通過分析浪涌試驗的相關(guān)標準及測試方法，總結(jié)出變量參數(shù)及計算公式。使用EXCEL的表格計算公式制作出浪涌試驗耗時計算器，提高相應(yīng)試驗的工作效率。

隨著醫(yī)用電氣設(shè)備的信息技術(shù)和集成度的不斷提高，在其所處的環(huán)境內(nèi)，由于自然界雷電直接注入建筑物外部及附近大地，或者雷電的間接感應(yīng)，又或者由于電力系統(tǒng)內(nèi)開關(guān)操作所引起的瞬態(tài)脈沖電流干擾所造成的醫(yī)用電氣設(shè)備性能下降、喪失甚至設(shè)備損壞等安全風(fēng)險已經(jīng)成為不可忽視因素。國家標準GB/T 17626.5-2008《電磁兼容試驗和測量技術(shù)浪涌（沖擊）抗擾度試驗》[1]（等同采用國際標準：IEC61000-4-5:2005）和醫(yī)藥行業(yè)標準YY0505-2012《醫(yī)用電氣設(shè)備 第1-2部分：安全通用要求 并列標準：電磁兼容 要求和試驗》[2]36.202.5章規(guī)定了醫(yī)用電氣設(shè)備對由開關(guān)和雷電瞬變過電壓引起的單極性浪涌（沖擊）的抗擾度要求、試驗方法和推薦的試驗等級[3]。浪涌抗擾度試驗的目的是建立一個共同的基準，以評價電氣和電子設(shè)備在遭受浪涌（沖擊）時的性能。

標準中規(guī)定了組合波發(fā)生器模擬浪涌信號并通過耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)（CDN）向受試設(shè)備（EUT）的供電線路注入浪涌干擾信號的試驗方法。浪涌試驗特點是耦合方式復(fù)雜，加載次數(shù)多，測試時間較長（耗時可達到十多個小時），且不易簡單估算。隨著試驗等級的逐級提升，不合格現(xiàn)象往往發(fā)生在試驗鄰近尾聲之際，從而造成試驗非計劃性中斷和試驗室資源的浪費。如何預(yù)計浪涌測試時間，合理規(guī)劃試驗步驟成為電磁兼容測試的一個重要的環(huán)節(jié)。

1.目的

將涉及標準中不同的試驗等級和測試方法耦合方式將標準要求歸納成可錄入、修改的時間和次數(shù)等變量，利用EXCEL數(shù)學(xué)編輯器帶入變量參數(shù)的方法制作耗用時間計算器。通過此工具方便直觀的計算出總用時。并據(jù)此給出試驗計劃和改進措施，提升計劃的可預(yù)見性和試驗室測試效率。

2.方法

2.1 GB/T 17626.5-2008試驗要求[1]

在由耦合去耦網(wǎng)絡(luò)（CDN）供電的EUT電源線上使用組合波發(fā)生器施加干擾，試驗等級見表1，試驗電壓波形略。

表1.試驗等級

三相供電設(shè)備線對線（差模）耦合、線對地（共模）耦合電路圖（圖1），單相供電設(shè)備線對線（差模）、線對地（共模）耦合電路圖（圖2）。由圖1、圖2可得，組合波發(fā)生器加載到供電線路的浪涌信號在線對線耦合的組合數(shù)a、線對地耦合組合數(shù)b分別是a=Cn2，和b=n×m；×n為相線（L1,2..）個數(shù)+中性線（N）個數(shù)。m為地線（PE）個數(shù)，通常為1或0。

圖1.三相供電設(shè)備線對線（差模）耦合、線對地（共模）耦合電路圖

圖2.單相供電設(shè)備線對線（差模）、線對地（共模）耦合電路圖

2.2 YY0505-2012 36.202.5章中對于浪涌試驗的要求[2]

“a)設(shè)備或系統(tǒng)，應(yīng)在交流電源線對地抗擾度試驗電平為±0.5kV、±1kV和±2kV，及交流電源線對線的抗擾度試驗電平為±0.5kV和±1kV時符合36.202.1 j)的要求……”

“b)……2）應(yīng)在每個電壓電平和極性上，對每根電源線在以下的每個交流電壓波形相角0°或180°、90°和270°上各施加浪涌五次。3)在初級電源電路中沒有浪涌保護裝置的設(shè)備和系統(tǒng)，可只做±2kV線對地和±1kV線對線。4)沒有任何接地互連的Ⅱ類設(shè)備和系統(tǒng)免予線對地試驗[2]。”

2.3 浪涌試驗中涉及到的變量參數(shù)分析及用時計算方法

標準中的對于影響試驗時間的變量可歸納為：電平等級、極性、交流電壓波形相位角、加載間隔時間、重復(fù)次數(shù)。浪涌電壓輸出波形的上升和下降時間以μs計，相對于整體試驗可忽略不計。

根據(jù)上述標準要求可以規(guī)定以下變量用于計算浪涌的總加載次數(shù)和總時間。

變量：A：加載次數(shù)，B：相線數(shù)（包含中性線），C：地線數(shù)（PE），D：極性數(shù)（+，-），E：相位角數(shù)（0～270°步進90°），F(xiàn)：間隔時間（s）。

a)總耦合數(shù)等于0.5kV、1kV等級下線對線之間、線對地之間耦合數(shù)與2kV等級下線對地之間耦合數(shù)之和。

b)總時間=總耦合數(shù)×加載次數(shù)×極性數(shù)×相位角數(shù)×間隔時間

2.4 EXCEL計算表格的具體實現(xiàn)

利用EXCEL 中的“組合”函數(shù)COMBIN（number，number_chosen），計算兩條電纜間的加載浪涌干擾的耦合數(shù)?！?.5kV和±1kV試驗等級的加載次數(shù)相同，即：[G3]=[H3]=(COMBIN(B2,2)+B2×C2)×A2×D2×E2?！?kV試驗等級的加載次數(shù)[I3]=A2×B2×C2×D2×E2。得出總次數(shù)[J3]=[G3]+[H3]+[I3]。

總次數(shù)×間隔時間(s)=[F2]為相應(yīng)的測試時間。由于輸入的間隔時間以秒（s）計（絕大多數(shù)浪涌發(fā)生設(shè)備以s為計時單位），在此基礎(chǔ)上/60，/3600分別得出以分鐘（min）計時的[G1,H1,I1]和以小時（h）計時的[G4,H4,I4]的單元格。具體表格界面見圖3。J列為次數(shù)和時間的合計。

圖3.EXCEL 計算表格

根據(jù)標準YY0505-2012要求，當EUT初級電路沒有浪涌保護裝置時可以僅做線對線±1kV，線對地±2kV即最高試驗等級。將單元格[E3]格式設(shè)置為“全部測試”“僅測最高級”的下拉列表。設(shè)置單元格[C3]fx=IF（E3="全部測試",J4,G4）當選擇“僅測最高級”時，相當于計算單一等級的線對地、線對線總用時，這與±0.5kV相等，可免去重復(fù)計算直接取值[G4]。

表2.常見測試條件和供電條件下浪涌測試

3.結(jié)論

利用此工具計算常見測試條件和供電條件下浪涌測試的總用時，見表2。如用三相五線供電的EUT試驗時間最長達到了16h。當僅測試最高等級，時間縮短為5h。單相設(shè)備最長時間為5.3h。當縮短加載間隔可線性降低測試的總時間。

本測試工具僅利用EXCEL自帶單元格計算公式，無需宏命令編程。將標準要求的變量參數(shù)輸入相應(yīng)表格即可方便快捷的計算出浪涌測試的每一步測試時間和總時間，為制定EMC測試計劃提供了依據(jù)并提升EMC實驗室的工作效率。