בדיקות ביצועים של ה-EMC תכנון ושיפור עבור מפמ"ש אלקטרוני

1 סקירה של ביצועי התאמה אלקטרומגנטית של טרנספורמיטורי מתח אלקטרוני
1.1 הגדרה & דרישות של התאמה אלקטרומגנטית

תאמה אלקטרומגנטית (EMC) מתייחסת ליכולת של מכשיר/מערכת לפעול ללא הפרעה בסביבה אלקטרומגנטית נתונה ולא לגרום להפרעות אלקטרומגנטיות בלתי מקובלות לעצמים אחרים. עבור טרנספורמיטורי מתח אלקטרוני, התאמה אלקטרומגנטית דורשת ביצועי מדידה יציבים בסביבות מורכבות, מבלי להפריע לעצמים אחרים. הביצועים של התאמה אלקטרומגנטית שלהם חייבים להיות נלקחים בחשבון ומבטיחים במהלך העיצוב והיצור.

1.2 עקרון פעולה

טרנספורמיטורי מתח אלקטרוני משתמשים באינדוקציה אלקטרומגנטית מדידה אלקטרונית בעלת דיוק גבוה כדי להמיר אותות מתח גבוה במערכות חשמל לאותות מתח נמוך. בדרך כלל, הם כוללים חיישן ראשי, מעגל המרה משני ויחידה לעיבוד אותות: החיישן הראשי ממיר אותות מתח גבוה לאוטנים/מתחים שווים למתח הראשי; המעגל המשני ממיר את אלו לאותות דיגיטליים/אנלוגיים תקניים; היחידה לעיבוד אותות מסנן, מגביר ומתקן את האותות כדי להגביר את הדיוק והיציבות של המדידה. הם יכולים למדוד מתח, זרם ועוצמה של מעגל אחד (כפי שמוצג בתמונה 1), או מתח/זרם של מעגל אחד או יותר.

1.3 ניתוח הפרעות אלקטרומגנטיות & רגישות

טרנספורמיטורי מתח אלקטרוני פגיעים להפרעות אלקטרומגנטיות מהציוד החשמלי האחר (לדוגמה, פולסים קצרי-טווח מפעולה של מתגים, פולסים קצרי-טווח מהפעלה של מתגים), המורידים את ביצועי המדידה (לדוגמה, עלייה בשגיאות, קריאות בלתי יציבות).

2 ניתוח מבחני ביצועי תאמה אלקטרומגנטית עבור טרנספורמיטורי מתח אלקטרוני (EVT)
2.1 תוכן המבחן ודרכי הערכה

מבחן ביצועי התאמה אלקטרומגנטית של EVT הוא צעד חשוב כדי להבטיח את פעילותו המדויקת והיציבה בסביבות עבודה אמיתיות. המבחן מתמקד בהערכת יכולת ההגנה של EVT על הפרעות אלקטרומגנטיות ובביצועיו תחת הפרעות אלקטרומגנטיות שונות. דרכי הערכה מחולקות לרמה A ורמה B בהתאםverity of test results:

• רמה A: שומר על ביצועים נורמליים בתוך גבולות דיוק מוגדרים. ההערכה דורשת כי כאשר EVT חשוף להפרעות אלקטרומגנטיות, דיוק המדידה שלו חייב להישאר בתוך הגבולות המוגדרים. זה מבטיח שהאות מתח הנפלט מתאים לערכו האמיתי ולא מפריע לתצפית והבקרה הנורמלית של מערכת החשמל.

• רמה B: מאפשר ירידה זמנית בביצועי המדידה שאינה קשורה לפונקציות הגנה. הקריטריונים מאפשרים ירידות זמניות בביצועי המדידה תחת הפרעות אלקטרומגנטיות, כל עוד הן לא משפיעות על הפעילות הנורמלית של פונקציות הגנה או גורמות לשחזור/הפעלה מחדש של המכשיר. האות מתח חייב להיות בשליטה עד 500 V כדי למנוע הפרעות או נזקים בלתי נחוצים למערכת החשמל.

2.2 מבחני הפרעות מוליכות

הפרעות מוליכות מתייחסות להפרעות אלקטרומגנטיות המשודרות דרך מסלולים מוליכים (למשל, כבלים, צינורות מתכת). עבור EVT, הפרעות מוליכות הן אתגר מרכזי.

• מבחן פולס מהיר/התפרצות (EFT/B): מחקה הפרעות קצרות טווח מטעמי מטען אינדוקטיבי (למשל, רלאים, מגברים) במהלך המניעה, אשר בדרך כלל יש להם רצף רחב של תדרים ויכולים להפריע לפעילות EVT. המבחן מפעיל סדרה של התפרצויות מהירות ל-EVT, מצפה ליציבות ודיוק האות המתח הנפלט כדי להעריך את יכולת ההגנה.

• מבחן עמידות לפולסים (הפרעות): מחקה פולסים קצרי-טווח של מתחים/זרמים מפעולת מתגים, מכה ברק ועוד. אירועים אלה נושאים אנרגיה גבוהה ומשך קצר, השפיעים בצורה חמורה על ההבודד והדיוק של EVT. המבחן מפעיל מתחים קצרי-טווח ל-EVT כדי לוודא שהוא יכול לעמוד בפני הפרעות מבלי להיפגע או להתנוון בביצועים.

2.3 מבחני הפרעות מופנות

• מבחן עמידות לשדה מגנטי בתדר הרשת: מעריך את ביצועי EVT בסביבות של שדה מגנטי בתדר הרשת. על ידי יישום שדה מגנטי Controlled power frequency magnetic field, המבחן מצפה ליציבות ודיוק האות המתח הנפלט כדי להעריך את יכולת ההגנה.

• מבחן עמידות לשדה מגנטי אוסילטורי מרוסן: מחקה שדות מגנטיים מרוסנים שנוצרים כאשר מתגים מבודדים במחסנים לחשמל גבוה מופעלים על חוטים מתח גבוה. השדות הללו יש להם קצב דעיכה מהיר ותדרים גבוהים, הפוגעים באופן פוטנציאלי בדיוק המדידה של EVT. המבחן מפעיל שדות מגנטיים מרוסנים כדי לבדוק אם EVT שומר על ביצועי מדידה יציבים.

• מבחן עמידות לשדה מגנטי פולסי: מחקה שדות מגנטיים פולסיים ממכה ברק על בניינים או מבנים מתכות אחרים. השדות הללו יש להם זמן עלייה מהיר ואינטנסיביות פסגת גבוהה,烎胁电子电压互感器的绝缘和测量精度。该测试施加脉冲磁场以验证电子电压互感器在受到干扰时不会损坏或性能下降。

• רדיו RF רדיואטי השדה המגנטי עמידות מבחן: מעריך את ביצועי EVT בסביבות של רדיו (RF) רדיואטי (למשל, מקורות אלקטרומגנטיים תעשייתיים, רדיו השידורים, תחנות תקשורת ניידות). על ידי יישום שדות RF מבוקר, המבחן מצפה ליציבות ודיוק האות מתח הנפלט כדי להעריך את יכולת ההגנה.

3 עקרונות עיצוב לתאימות אלקטרומגנטית של טרנספורמיטורי מתח אלקטרוני
3.1 עקרונות עיצוב מעגל

• עיצוב קרקע צף: בעיצוב מעגל, השתמש בטכנולוגיית קרקע צף כדי להפריד בין קווי אות מהכלוב. זה מונע מהזרמים המפריעים על הכלוב להסתכם ישירות במעגל האות, מפחית הפרעות רעש ומגביר את הדיוק והיציבות של האות.

• 支线任务布局：合理安排电源线、地线和各种信号线——这是减少耦合干扰的关键。在EVT电路设计中，确保线路之间的耦合最小。采用分层布线和正交走线（避免平行布线）等方法可以减少电磁感应和电容耦合。

• מסנן קבל עיצוב: ממקם מסנני קבל בכניסה לכוח המודולים כדי לדכא אותות הפרעה נכנסים דרך אספקת הכוח. בחר קבלים בהתאם לפרמטרים כמו קיבולת, דרגת מתח ומאפייני תדר כדי לסנן בצורה יעילה רעש ופרעות גבוהות תדר מאספקת הכוח.

• עיצוב לוגיקה נמוכה: נמנע מדרג לוגיקה גבוה מיותר כדי להפחית את צריכת החשמל של המעגל והפרעות גבוהות תדר. בעיצוב מעגל EVT, קדש עדיפות למכשירי לוגיקה נמוכה (למשל, מכשירי 3.3 V) כדי להפחית את פליטת וקבלת הרעש הגבוה תדר.

• שליטה על זמן עלייה/ירידה: בחר את הזמן האיטי ביותר המותר לעלייה וירידה (תוך גבולות פונקציונליות של המעגל) כדי להימנע מיצירת מרכיבים גבוהים תדר לא הכרחיים. זה עוזר להפחית את הרעש הגבוה תדר במעגל ולהגביר את יציבות האות ודיוקו.

3.2 עקרונות עיצוב מבנה פנימי

• מבנה מגן סגור לחלוטין: השתמש במגן סגור לחלוטין לכלוב, תוך הבטחת מגע טוב בין כל המשטחים וgiesi 接地正确。这有效地阻挡了外部电磁场的干扰，保护内部电子电路免受外部干扰。

• מינימום אורך כבלים חשופים: שמר על כל הכבלים החשופים בתוך הכלוב כמה שאפשר קצר כדי להפחית את הקרינה האלקטרומגנטית והפרעות הקופה. בעיצוב הפנימי של EVT, אופטימיזציה של מיקומי件布局和放置，以最小化暴露导线的长度。

• cabeling 组合与捆绑：按信号类型（例如，分离数字和模拟线路）对电线进行分组，并保持各组之间适当的间距。这样可以减少电线之间的串扰，提高信号清晰度和准确性。

• 使用导电粘合剂：在所有机箱接口接缝处使用导电粘合剂，以确保良好的电气连接和屏蔽效果。这降低了接触电阻并增强了屏蔽性能。

4 提高电子电压互感器电磁兼容性能的策略
4.1 电源端口抗干扰设计
4.1.1 安装电源滤波器

电源滤波器是一种有效的电磁干扰抑制装置，可以过滤掉电源中的高频噪声和瞬态脉冲，确保电源输入的纯净。选择电源滤波器时，应根据EVT的额定功率和工作环境选择合适的滤波器型号和规格，并确保滤波器靠近电源入口安装以获得最佳滤波效果。

4.1.2 采用冗余电源设计

为了提高EVT的电源可靠性，采用了冗余电源设计，即配置两个或多个电源模块。当一个电源模块发生故障时，其他电源模块可以迅速接管供电任务，确保EVT正常运行。这不仅提高了EVT的抗干扰能力，还增强了其整体稳定性。

4.1.3 加强电源线的屏蔽和接地

电源线是电磁干扰传播的重要路径之一。为了减少电源线上的电磁干扰，使用屏蔽电缆将电源线包裹在金属屏蔽层中，减少电磁波的辐射和耦合。同时，确保电源线的良好接地，将干扰电流引入地面，避免对EVT造成损害。

4.2 信号端口的静电放电保护
4.2.1 安装瞬态干扰吸收组件

瞬态干扰吸收组件，如瞬态电压抑制器（TVS）和压敏电阻，可以在静电放电期间快速吸收放电能量，并将电压控制在安全水平内，保护EVT内部的电子元件免受损坏。选择瞬态干扰吸收组件时，应根据EVT的信号特性和工作环境选择合适的组件型号和规格。

4.2.2 采用差分信号传输方式

差分信号传输方式可以有效抵抗共模干扰，提高信号的抗干扰能力。在EVT的信号端口设计中，采用差分信号传输方式，将信号分为正负通道进行传输。通过比较两个通道之间的信号差异提取有效信息，这不仅提高了信号传输质量，还减少了静电放电对EVT的干扰。

4.3 优化机箱屏蔽性能
4.3.1 选择高磁导率材料

机箱材料的选择对于屏蔽效果至关重要。为了提高机箱的磁场屏蔽能力，选择高磁导率的材料，如铁板，可以有效吸收和分散磁场能量，减少磁场对EVT内部的干扰。金属的相对磁导率如表1所示。

4.3.2 优化机箱结构设计

机箱的结构设计也是影响屏蔽效果的重要因素。在EVT的机箱设计中，采用全封闭屏蔽结构，确保各个表面之间有良好的接触和接地。

4.3.3 加强机箱接地处理

机箱的接地处理对于屏蔽效果至关重要。在EVT的机箱设计中，必须确保机箱与地之间有良好的接地连接，引导干扰电流进入地面。

它们还会发出像高频谐波和电磁辐射这样的干扰，影响其他设备。设计时需要解决这些干扰和敏感性挑战，采取抑制和保护措施。

5 结论

本文对电子电压互感器的电磁兼容性能进行了深入研究和设计。提出了一系列措施，包括电路设计原则、内部结构设计原则以及电磁兼容性能改进策略。目的是增强EVT在复杂电磁环境中的抗干扰能力和稳定性，确保其能够准确可靠地测量电力系统中的电压信号，为电力系统的安全稳定运行提供有力保障。