Захаров О.Г.

 

Испытания цифровых устройств на устойчивость

к воздействию электростатических разрядов

 

 

Приведены требования к устойчивости цифровых устройств при воздействии электростатических разрядов, описаны способы проверки соответствия этим требованиям, а также применяемые

средства испытаний.

 

        Требования к цифровым устройствам релейной, выпускаемой тем или иным предприятием, излагают в технических условиях (ТУ), а способы их проверки  – в программе и методике испытаний (ПМ), при составлении которых ориентируются прежде всего на руководящий документ [1]. В п. 4.4.3 этого руководящего документа требования к устойчивости цифровых устройств к электростатическим разрядам изложены так:


«Испытания на устойчивость к электростатическим помехам с соответствии с требованиями ГОСТ 29191-91[1] [2] с испытательным напряжением импульса разрядного тока (степень жесткости 3):

- 8 кВ - при воздушном разряде;

- 6 кВ – при контактном разряде.

Разряды должны производиться на поверхность аппаратуры РЗА и на те точки её, которые доступны обслуживающему персоналу».

Качество функционирования цифровых устройств при испытаниях на воздействие электростатических разрядов должно соответствовать критерию А – «Нормальное функционирование с параметрами, соответствующими требованиям технических условий».


 

На основе технических требований, изложенных в документе [1], которые подробно проанализированы в работе [3], были составлены технические условия [4], где в соответствующем разделе написано:


14.1 При выполнении экранированным кабелем цепей ввода - вывода и питания[2]

блок должен выполнять свои функции (критерий качества функционирования А по ГОСТ Р 50746) в условиях воздействия электромагнитных помех:

б) электростатические разряды по ГОСТ Р 51317.4.2 (степень жесткости испытаний 3) напряжением:

контактный разряд……………6 кВ

воздушный разряд…………….8 кВ;


 

Обратим внимание, что в технических условиях [4] помимо требований к электростатическим воздействиям, приведенным в [1], учтены:

- требования, предъявляемые отраслевыми стандартами [5, 6];

- требования стандарта [7] к устойчивости изделий при воздействии электростатических разрядов;

- исключены ссылки на стандарты, не действующие на территории РФ.

При выборе степени жесткости испытаний и испытательного напряжения для [4] было учтено, что наиболее существенным влияющим фактором является скорость изменения разрядного тока, которая может быть получена при различных комбинациях:

- зарядного напряжения;

- пикового разрядного тока (рис. 2);

- времени нарастания.

 

Рис. 2 Изменение разрядного тока по [3]

 

Согласно требованиям стандарта [7] для проведения испытаний конкретного устройства должна быть разработана программа испытаний.

Например, в программе испытаний для устройств БМРЗ [8], разработанной на основе требований, приведенных в [7] написано следующее:

 


15.2 Испытание на устойчивость к воздействию электростатического разряда (п. 14.1б) ТУ)

15.2.1 Разместить блок на рабочем месте для испытаний в соответствии с разделом 7 ГОСТ Р 51317.4.2 (рисунок 5). Выполнить действия по п. 15.1.3 – 15.1.5.

15.2.2 Проводить испытание по методике прямого воздействия электро-статическими разрядами испытательного генератора при напряжениях:

- воздушный разряд - 8 кВ;

- контактный разряд - 6 кВ.

Производить разряды поочередно на винты крепления пульта к лицевой панели блока, при этом разрядный наконечник испытательного генератора

должен располагаться перпендикулярно к лицевой панели.

15.2 Испытание на устойчивость к воздействию электростатического

разряда (п. 14.1б) ТУ)

15.2.1 Разместить блок на рабочем месте для испытаний в соответствии с разделом 7 ГОСТ Р 51317.4.2 (рисунок 5). Выполнить действия по п. 15.1.3 – 15.1.5.

15.2.2 Проводить испытание по методике прямого воздействия электро-статическими разрядами испытательного генератора при напряжениях:

- воздушный разряд - 8 кВ;

- контактный разряд - 6 кВ.

Производить разряды поочередно на винты крепления пульта к лицевой панели блока, при этом разрядный наконечник испытательного генератора должен располагаться перпендикулярно к лицевой панели. Испытание производить одиночными разрядами с интервалом не менее 1 с. На каждый винт произвести не менее 10 разрядов как положительной, так и отрицательной полярности.

 

ВНИМАНИЕ: ЦЕПИ КОНТАКТОВ СОЕДИНИТЕЛЕЙ "RS-232", "USB" И "PPS" ИСПЫТАНИЯМ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИМИ РАЗРЯДАМИ НЕ ПОДЛЕЖАТ!

 

Для испытания контактным разрядом следует сначала прикоснуться контактным наконечником испытательного генератора к винту крепления, а затем включить разрядный ключ.

Затем выполнить действия по п. 15.1.7.

15.2.3 Критерий положительного результата испытания приведен

в п. 15.1.8.

Если блок выдержал испытание по п. 15.2, то он удовлетворяет требованиям п. 14.1б) ТУ.      


 

В соответствии со стандартом [7] технические условия [4] предусматривают проведение испытаний на устойчивость к воздействию электростатических разрядов при нормальных климатических условиях:

- температуре окружающей среды (25 ± 10)0C;

- относительной влажности от 40 до 80%;

- атмосферном давлении от 84,0 до 106,7 кПа (от 630 до 800 мм рт. ст.).

Процесс разрядов статического электричества во время испытаний обычно моделируют, ориентируясь на схему замещения (рис. 3).

 

Рис. 3 Схема замещения цепи разряда заряженного

тела человека по [9]

Си, Rи – эквивалентные параметры заряженного тела, Rп – последовательно включенное сопротивление, L – индуктивность цепи, Сз, Кз – ёмкость и сопротивление относительно земли объекта, через который происходит разряд

 

Во время испытаний применяют имитаторы электростатических разрядов, упрощенная схема которых показана на рис. 4[3].

 

Рис. 4 Упрощенная схема испытательного генератора по [7]

Rз и Rр – зарядное и разрядное сопротивления.

Cи – эквивалентная емкость заряженного тела,

G – источник испытательного напряжения

 

Рассмотрим устройство имитатора статических разрядов, ЭСР-8000 [10], который полностью соответствует всем требованиям к испытательному генера-тору, приведенным в [7]. Данный имитатор используют многие аттестованные лаборатории в РФ. Описания других аналогичных устройств можно найти в книге [11]. Имитатор ЭСР-8000 состоит из блока питания (рис. 5, а) и испытательного пистолета

(рис. 5, б).

 

а)

б)

Рис. 5 Имитатор. ЭСР-8000. Схемы блока питания (а) и

испытательного пистолета (б)

 

Испытательный пистолет может работать в одном из двух режимов, задаваемых переключателем S4 ЧАСТОТА:

– «однокр.» (на зажиме Х7 формируется одиночный импульс);

– 50 Гц (на зажиме Х7 формируются импульсы с частотой 50 Гц).

При установке переключателя S6 в положение «Возд.» на катушку (на схеме не показана) геркона SY поступает постоянное напряжение и контакт геркона замыкается, а конденсатор С2 оказывается постоянно подключенным к зажиму Х7.

Если переключатель S6 будет переведен в положение «Конт.», то на катушку геркона будет поступать пульсирующее с частотой 50 Гц напряжение, а его контакт будет замыкаться и размыкаться с такой же частотой.

В стандарте [7] предусмотрено испытание технических средств воздушным электростатическим разрядом при напряжении 15 кВ. Для получения такого испытательного воздействия к блоку питания (рис. 5, а) может быть подключен имитатор воздушного разряда ЭСР 15000 (рис. 6), создающий воздушные электростатические разряды напряжением 15 кВ.

 

Рис. 6 Схема имитатора воздушного разряда ЭСР-15000

 

В схеме любого из имитаторов предусмотрено переключение полярности

напряжения, поступающего на первичную обмотку трансформаторов Т2 (переключатели S5 на рис. 5,б или S2.3 на рис. 6), а также полярности выходного импульса с помощью перемычки Х6 (см. рис. 5, б) или перемычки Х2.5 (см. рис. 6). В имитаторе ЭСР-15000 предусмотрено только создание воздушного разряда, поэтому переключатель РЕЖИМ в схеме на рис. 6 отсутствует.

Для получения сопоставимых результатов испытаний в действующих стандартах регламентированы требования к организации рабочего места для их проведения (рис. 7), где показано расположение имитатора во время испытаний (см. позиции 1, 2, 4), а также вспомогательного и испытываемого оборудования.

На организованном таким образом испытывают блоки и устройства релейной защиты. Так как данные устройства устанавливают в шкафы релейной защиты, автоматики и управления, то испытания шкафов на устойчивость к электростатическим разрядам проводят с встроенными цифровыми устройствами, как это и предусмотрено в [7].

 

Рис. 7 Пример организации рабочего места для испытаний по [7]

Положения ИГ для: 1 -  для непрямого разряда на горизонтальную пластину связи,

2 –для прямого воздействия, 4 - для непрямого разряда на пластину связи.

3 – вертикальная пластина связи,  5 - горизонтальная плоскость связи, 6 – источ-ник испытательного напряжения, 7 – изолирующая платина, 8 – деревянный стол,

9 – пластина заземления

 

Примеры испытаний шкафов релейной защиты на устойчивость к воздействию электростатических разрядов с помощью устройства ЭСР 8000 показаны на рис. 8.

 

а)

б)

Рис. 8. Испытания на устойчивость к контактным (а) и воздушным (б) электростатическим разрядам

1 – лицевая панель блока БМРЗ, 2 – наконечник, 3 – дверца шкафа,

4 – испытательный пистолет, 5 – USB – порт, 6 – порт RS-232

Выводы:

1.Технические условия [4], по которым выпускают блоки БМРЗ разных исполнений в полной мере учитывают требования по устойчивости данных изделий к воздействию электростатических разрядов, зафиксированные в документах [1 и 5].

            2. Методы испытаний и технические средства для испытаний, предусмотренные в [8], позволяют получить сопоставимые результаты и правильно оценить устойчивость цифрового устройства к воздействию электростатических разрядов.

 

Литература

1. РД.34.35.310-97 Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем. М.: ОРГРЭС, 1997, 35 с.

2. ГОСТ 29191-91 (МЭК 801-2-91) Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электростатическим разрядам. Технические требования и методы испытаний (не действует на территории РФ)

3. Захаров О.Г. Устойчивость цифровых устройств РЗА к воздействию электростатических разрядов. // Материал расположен здесь .

4. ДИВГ.648228.001 ТУ. Блоки микропроцессорные релейной защиты БМРЗ.

Технические условия. СПб, НТЦ «Механотроника», 2012.// см. также здесь

5. СТО 56947007-29.240.043-2010. Руководство по обеспечению электромагнитной совместимости вторичного оборудования и систем связи электросетевых объектов. Стандарт организации. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2010, 170 с

(Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик», вып. 9-10)

6. СТО 56947007-29.240.044-2010. Методические указания по обеспечению электромагнитной совместимости на объектах электросетевого хозяйства. Стандарт организации. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2010, 170 с. (Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик», вып. 9-10)

7. ГОСТ Р 51317.4.2. Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электростатическим разрядам. Требования и методы испытаний.

8. ДИВГ.648228.001 ПМ. Блок микропроцессорный релейной защиты БМРЗ. Программа и методика испытаний. СПб, НТЦ «Механотроника», 2012.

9. Адольф Й. Шваб. Электромагнитная совместимость. М.: Энергоатомиздат, 1998, 480 с.

10. Имитатор электростатических разрядов ЭСР-8000// Информация находится здесь

11. Кечнев Л.Н., Пожидаев Е.Д. Защита электронных средств от воздействия статического электричества. М.: ИД «Технологии», 2005, 352 с.

12. ГОСТ 29280-92 (МЭК 1000-4-92) Совместимость технических средств электромагнитная. Испытания на помехоустойчивость. Общие положения

(не действует на территории РФ)

13. ГОСТ Р 50746-2000. Совместимость технических средств электромагнитная. Технические средства для атомных станций. Требования и методы испытаний.

14. Качество функционирования// Материал расположен здесь

15. Устойчивость к электромагнитной помехе.// Материал расположен здесь .

16. Помехоустойчивость.// Материал размещен здесь

17. Степень жесткости испытаний.// Материал размещен здесь

18. Захаров О.Г. Новый стандарт организации – технические условия на блоки БМРЗ для железных дорог, производства НТЦ “ Механотроника” // Материал расположен здесь

19. Захаров О.Г. Испытания электротехнических изделий . М.: Высшая школа, 1987, 247 с.



[1] Стандарт не действует на территории РФ

[2] Требование установлено в СТО 56947007-29.240.043-2010 [5] и СТО 56947007‑29.240.044‑2010 [6] .

 

[3] Распределенная емкость между генератором и испытываемым устройством, пластиной заземления, пластинами связи на схеме не может быть показана.

 


Устойчивость цифровых устройств РЗА к воздействию электростатических разрядов

Испытания цифровых устройств на устойчивость к воздействию электростатических разрядов

Испытания цифровых устройств на устойчивость к электростатическим разрядам

Устойчивость цифровых устройств РЗА к воздействию электростатических разрядов

О каких проблемах пишем?

Устойчивость цифровых устройств РЗА к воздействию электростатических разрядов


© ЗАХАРОВ О.Г. 2010-2016::: 2017


Мои сайты:::Правка:::2017




Яндекс.Метрика счетчик посещений


© ЗАХАРОВ О.Г. правка 2020


Города и страны. Здесь читают мои сайты