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:
|
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.
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)
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
[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.
Города и страны. Здесь читают мои сайты
:::24.02.2022