仪控电子设备电磁兼容鉴定试验法规标准适用性分析

Nov．２０１４

仪控电子设备电磁兼容鉴定试验

法规标准适用性分析

胡雪峰，周　亮，张龙强（深圳中广核工程设计有限公司，广东深圳　５１８０４５）

摘要：介绍了做安全级仪控电子设备电磁兼容（EMC）鉴定试验时如何选择适用的法规标准。重点介绍了电磁干扰试验、射频辐射干扰试验、敏感性试验、电源浪涌试验以及静电放电试验等电磁兼容测试试验项目，并介绍了电磁兼容试验样机配置的重要性及选择方法。关键词：电磁兼容；抗扰度试验；电磁干扰；安全级

中图分类号：TM６２３　　　文献标志码：A　　　文章编号：１０００‐６９３１（２０１４）S１‐１００６‐０６doi：１０．７５３８／yzk．２０１４．４８．S１．１００６

AnalysisandApplicationofElectromagneticCompatibilityTest

forSafetyInstrumentationandControlElectronicEquipment

（ShenzhenChinaNuclearPowerDesignCo．，Ltd．，Shenzhen５１８０４５，China）

　Theapplicablequalificationstandardofelectromagneticcompatibility（EMC）Abstract：

testsforinstrumentationandcontrolelectronicequipmentwasintroduced．Theelectro‐magneticinterferenceimmunitytest，theradiatedradio‐frequencyelectromagneticfieldimmunitytest，thesensibilitytest，thesourcesurgeimmunitytestandtheelectrostaticdischargeimmunitytestforEMCtestweremainlyintroduced．AndtheimportantofconfigurationandtheselectionofmethodforEMCsamplerwasespeciallyintroduced．Keywords：electromagneticcompatibility；immunitytest；electromagneticinterference；safetyclass

HUXue‐feng，ZHOULiang，ZHANGLong‐qiang

　　电磁兼容（EMC）是指设备或系统在其电子环境中不受干扰能正常工作并不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。电子、电器产品的电磁兼容是一项非常重要的质量指标，它不仅关系到产品本身的工作可靠性和使用安全性，而且也可能影响到其他设备和系统的正常工作，关系到电磁环境的保护问题。

收稿日期：２０１４‐０６‐２９；修回日期：２０１４‐０９‐１７

在早期的工业及核电行业中，对仪控电子设备

注重进行设备在运行中抗干扰试验，从实际应用角度出发，选择一些重要、实用且易于在现场测试的参数来进行测试和评价，通常进行抗电气干扰试验，包括共模干扰试验、串模干扰试验等。随着仪控电子设备本身技术水平的提高和标准规范的不断完善，已制定了一套比较完善

作者简介：胡雪峰（１９８４—），男（满族），吉林桦甸人，工程师，核电厂仪控总体设计专业

增刊　　胡雪峰等：仪控电子设备电磁兼容鉴定试验法规标准适用性分析１００７

的EMC标准，如IEC６１０００系列、MIL系列标准，并应用这些标准对仪控电子设备进行EMC测试和评价，如静电抗扰度、传导干扰抗扰度、辐射干扰抗扰度、浪涌电压抗扰度试验等。通过对核电厂安全级仪控设备电磁兼容相关标准的对比分析，可建立电磁兼容设备鉴定试验的标准体系，确定电磁兼容鉴定试验项目、适用标准、试验条件、测试等级和试验水平，从而解决核电厂安全级仪控设备国产化过程中电磁兼容问题。电磁兼容工程设计需与产品设计、制造商以及各方面的专家共同合作，在方案设计阶段开展有针对性的预测分析工作，从而形成一套完整的设计体系，使电磁兼容性成为产品可靠性保证中的重要组成部分。

（２）经过查找GB１１６８４—２００３的“编写说明”后确认，该标准中有关核反应堆仪器部分的内容是参照IECSC４５A当时正在制定中的IEC草稿文件４５A／２４９／CDV／IEC６１５０３ED畅１（１９９７畅０８畅３１）“核电厂：仪器‐电磁干扰试验方法和准则”编写的。该标准中核心内容表C畅１“核反应堆仪器抗扰度试验项目及其要求与试验方法”是等效采用了该IEC草稿文件中的表１及有关内容编写的。

（３）IECSC４５A当时正在制定中的IEC草稿文件并不是一个正式的标准，后经多方查找，未找到正式的有关核仪器电磁环境条件与试验方法方面的IEC６１５０３标准，经判断，IECSC４５A的这一IEC草稿文件（CDV文件）并未获得通过而正式出版形成为标准。

２）GB１１６８４—２００３附录C表C畅１所列试验项目的分析

GB１１６８４—２００３附录C的表C畅１“核反应堆仪器抗扰度试验项目及其要求与试验方法”中列出了６项试验。下面对照公认的国家／国际标准对这６项试验进行适用性分析。

（１）对试验项目１“电缆充电脉冲抗扰度试验”的分析

该标准中表C畅１试验项目１“电缆充电脉冲抗扰度试验”与上述两个标准中的电源浪涌试验相差很大，不宜进行比较，但总地说来，要比上述两个标准中的电源浪涌试验条件严格得多，不适合应用于核电厂仪控电子设备的电源浪涌试验。

（２）对试验项目２“高能脉冲加至交流电源抗扰度试验”的分析

该标准中表C畅１试验项目２“高能脉冲加至交流电源抗扰度试验”中使用的高能脉冲信号宽度为５０ms，而标准GB／T１７６２６畅５中使用的组合波信号半峰值时间为５０μs，两者相差

1畅1　GB11684—2003“核仪器电磁环境条件与

试验方法”的适用性分析

该标准是由全国核仪器仪表标准化技术委员会于２００３年制定的，在反应堆仪器仪表方面，替代GB１１６８４—８９。该标准所述的核仪器范围包括实验室通用核仪器、同位素与辐射应用核仪器、放射性探矿与选矿核仪器、医用核仪器、核反应堆仪器和辐射防护仪器。对于核反应堆仪器，国内一般认为，有关核反应堆仪器仪表的标准基本也可应用于核电厂仪控电子设备。所以，有必要对该标准中有关核反应堆仪器的部分进行分析和评价。

１）有关GB１１６８４—２００３中核反应堆仪器部分的编制依据

（１）在GB１１６８４—２００３中未说明该标准中有关核反应堆仪器部分的内容制定的依据，只有在标准的参考文献中列出了下述文件：４５A／２４９／CDV／IEC６１５０３ED畅１１（１９９７畅３畅２８）“核电厂：仪器‐电磁干扰试验方法和准则”。

1　仪控电子设备EMC试验适用标准分析

表1　RG1畅180规定的发射试验要求Table1　RG1畅180requirementofemissiontest

序号１２３４

辐射发射

试验项目传导发射

低频高频磁场电场

标准名称及条件

IEC６１０００免除条件：电源品质控制必须到位IEC６１０００‐６‐４CISPR１１（高频１５０kHz～３０MHz）IEC６１０００免除条件：不打算安装在磁场发射设备附近的设备

IEC６１０００‐６‐４CISPR１１（电场３０MHz～１GHz）

标准号

MIL‐STD‐４６１ECE１０１MIL‐STD‐４６１ECE１０２MIL‐STD‐４６１ERE１０１MIL‐STD‐４６１ERE１０２

１００８

１０００倍。对此，电磁兼容试验方面专家认为所述标准中使用的脉冲信号能量太大，一般电子设备不能承受这么大能量的电源浪涌；根据我们使用电源组合波信号对电子设备进行电源浪涌试验的初步实践，也表明一般电子设备难以承受这么大能量的电源浪涌。

由此认为所述标准表C畅１试验项目２“高能脉冲加至交流电源抗扰度试验”中施加到电源的高能脉冲的规定是不合理的，不能将该项原子能科学技术　　第４８卷

源浪涌试验中的互连线浪涌试验中。

（６）对试验项目６“静电放电抗扰度试验”的分析

该标准中试验项目６“静电放电抗扰度试验”在试验方法、静电放电脉冲参数、试验等级等的规定与标准GB／T１７６２６畅２—１９９８基本相同，对核电厂仪控电子设备是基本适用的。1畅2　对RG1畅180的适用性分析

目前国际上广泛应用的是RG１畅１８０Rev畅１试验应用到核电厂仪控电子设备的电源浪涌试验中。

（３）对试验项目３“辐射型抗扰度试验”的分析

该标准中试验项目３“辐射型抗扰度试验”在试验方法、试验参数（频率范围）、试验等级等的规定与标准GB／T１７６２６畅３—１９９８相同，对核电厂仪控电子设备是适用的。

（４）对试验项目４“传导型抗扰度试验”的分析

该标准中试验项目４“传导型抗扰度试验”虽然试验信号频率范围基本相同，试验方法接近，但是只考虑了信号线传导骚扰试验，未规定电源线传导骚扰试验定不够全面T１７６２６畅６—。所述标准与标准GB／，１９９８尚不能直接应用于核电厂仪控电相比，对传导骚扰试验的规子设备的射频场传导骚扰抗扰度试验。

（５）对试验项目５“高能脉冲加至信号与控制电缆抗扰度试验”的分析

在所述标准中表C畅１试验项目５“高能脉冲加至信号与控制电缆抗扰度试验”中使用的高能脉冲信号宽度为时间为T１７６２６５０ms，而公认标准GB／５０畅５μ—兼容试验方面专家认为所述标准中使用的脉s１９９９，两者相差中使用的组合波信号半峰值１０００倍。对此，电磁冲信号能量太大，一般电子设备不能承受这么大能量的互连线浪涌信号；根据我们使用组合波信号对电子设备进行互连线浪涌试验的初步实践，也表明一般电子设备难以承受如此大能量的互连线浪涌。

由此认为所述标准表C畅１试验项目５“高能脉冲加至信号与控制电缆抗扰度试验”中施加到互连线的高能脉冲的规定是不合理的，不能将该项试验应用到核电厂仪控电子设备的电

（２００３畅１０）“对安全相关仪控系统中电磁和射频干扰进行评价的指导”。在这之前，美国NRC于１９９８年２月出版过RG１畅１８０的草稿DR‐１０２９，在２０００年１月出版过RG１畅１８０的草稿DR明‐１１１９，NRC。于在这１９９６３个版本中年４月在，美全评NRC价报都说告（SER）中采纳了美国电力研究院（EPRI）的专题报告TR‐１０２３２３“核电厂的电磁干扰试验指南EMC”，作为处理核电厂安全相关数字仪控系统的RG问题的一种方法。即在１９９８年出相关仪控系统１畅１８０导则草稿之前（即安全级仪控系统，NRC对核电厂安全版）的电磁兼容性问题进行审查时是以EPRITR‐１０２３２３作为依据的。

１）RG１畅１８０导则的升版和演变过程

（１）在EMI／RFI试验准则和方法方面认可标准的变化

美国NRC在RG１畅１８０的草稿DR‐１０２９（１９９８畅２）及RG１畅１８０的草稿DR‐１１１９（２０００畅１）中，认可了根据MIL‐STD‐４６１中的EM试验方法I／RFI试验准则及。而在RGM１畅１８０IL‐STDRev‐４６２畅１（２００３中有关的畅１０）中，为了确定安全相关的仪控系统设计的充分性，NRC人员不仅认可在MIL‐STD‐４６１E（即最近出版的军用标准）中适用的EMI／RFI试验方法，而且认可了IEC６１０００系列标准（最近出版的国际商用指南）中适用的EMI／RFI试验方法。

（２）在抗浪涌试验方面认可标准的变化美国NRC在RG１畅１８０的草稿DR‐１０２９（１９９８畅２）及RG１畅１８０的草稿DR‐１１１９（２０００畅１）中，认可了IEEEStdC６２畅４１—１９９１（１９９５重申）“IEEE推荐的关于低压交流电源电路浪涌电压的实践”及IEEEStdC６２畅４５—

增刊　　胡雪峰等：仪控电子设备电磁兼容鉴定试验法规标准适用性分析１００９

１９９２（１９９７重申）“IEEE对连接到低压交流电源的设备的浪涌试验导则”中所述的SWC实践，认为这些标准就有关核电厂安全相关I&C系统的电流浪涌后果而言都是可接受的。IEEEStdC６２畅４１—１９９１规定了一组浪涌试验波形，它们既易于实施又能代表基本的浪涌环境。IEEEStdC６２畅４５—１９９２描述了在执行浪涌试验时所用的相关试验方法和设备。而RG１畅１８０Rev畅１（２００３畅１０）作为修订版更新了下述４类EMC试验：１）发射试验，包括传导发射试验和辐射发射试验；２）抗扰度试验，包括传导抗扰度试验和辐射抗扰度试验；３）静电放电试验；４）抗扰度试验。2畅1　发射试验

１）按照标准MIL‐STD‐４６１E发射试验RG１畅１８０中规定，可按照标准MIL‐STD‐４６１E进行传导发射试验和辐射发射试验。

（１）低频传导发射试验应用CE１０１方法，原有的导则草稿，也包含了与抗电源浪涌能力试验有关的IEC６１０００‐４标准，包括IEC６１０００‐４‐４（电快速瞬变脉冲群（EFT））、IEC６１０００‐４‐５（组合波）和IEC６１０００‐４‐１２（振荡波）。

２）RG１畅１８０导则适用范围分析

（１）该导则所认可的实践既适用于安全相关的仪控系统（即安全级仪控系统），又适用于那些因故障而会影响安全性功能的非安全相关仪控系统。它提供了一个建立得很好的系统的方法，保证仪控系统和设备在其运行环境内EMC和抗电源浪涌能力（达到规定的要求）。

（２）该导则对于所有新的安全相关仪控系统或对已有安全相关系统的修改，包括模拟的、数字的、或混合（即模拟与数字合并）的电子设备都是适用的。

（３）该导则引用了作为EMI／RFI和电源浪涌试验等级依据的总工作包络。这些工作包络对于核电厂中那些安装了或可能要安装安全相关仪控系统的场所都是适用的。这些场所包括控制室、远程停堆盘、电缆铺设间、设备间、继电器间、辅助仪表间以及其他计划安装安全相关仪控系统的地区（如汽轮机平台）。工作包络对于模拟和数字系统装置都适用。

2　仪控电子设备EMC试验项目介绍

电磁干扰（EMI）、射频辐射干扰（RFI）、电源浪涌和静电放电己被证明为可能影响安全相关仪控电子设备性能的环境条件RG控电子设备需进行的１畅１８０导则及部分实践。下面依据EMC，对核电厂安全级仪试验项目、相关标准的规定和要求进行介绍。根据目前国内外对核电厂安全级仪控电子设备EMC试验的实践，对核电厂安全级仪控电子设备一般应进行

测试的低频传导发射应低于低频发射包络。如果对电源质量控制到位，即设备的电源品质要求与已有的供电电源一致以及设备不会在已有的电源分布系统上施加附加的谐波失真超过总谐波失真（THD）的５％，则可免除这一试验。

（２）高频传导发射试验应用CE１０２方法，测试的高频传导发射应低于高频发射包络。

（３）磁场辐射发射试验应用RE１０１方法，测试的磁场辐射发射应低于磁场辐射发射包络。对于不打算安装在磁场发射设备附近的设备，可免除这一试验。

（４）电场辐射发射试验应用RE１０２方法，测试的电场辐射发射应低于电场辐射发射包络。

２）按照标准IEC６１０００系列发射试验（１）应用标准IEC６１０００进行发射试验需满足２个条件：电源质量控制必须到位，排除进行CE１０１试验的必要；必须对那些对磁场敏感的设备保持隔离（不安装在磁场发射设备附近），因而不必进行RE１０１试验。

（２）高频传导发射试验。IEC６１０００‐６‐４试验规范要求采用CISPR１１测量技术。

（３）电场辐射发射试验。IEC６１０００‐６‐４试验规范要求采用2畅2　传导抗扰度试验

CISPR１１测量技术。核电厂安全级仪控系统设备的传导骚扰包括两部分：通过电源线耦合的噪声所引起的传导骚扰和通过互联信号线耦合的噪声所产生的传导骚扰。对于EMI／RFI传导敏感性测试方法，也可应用MIL‐STD‐４６１E标准中的产生方法。下面只列出了常用的IEC标准中的传导敏感M性测试方法。统对频率在IL‐STD‐４６１IEC６１０００‐４‐１６（对应于１５ECSHz１０１）～１５０测试保证设备和子系kHz内电源线上的

１０１０

EMI／RFI不敏感。该测试施加在交流和直流电源引入线上，不包含地线和中线。如果被测设备是直流供电的，该测试适用频率为３０Hz～１５０kHz；如果被测设备是交流供电的，则测试从电源频率的二次谐波开始到１５０kHz。IEC６１０００‐４‐６（对应于MIL‐STD‐４６１ECS１１４）测试模拟由天线发射而产生的EMI／RFI干扰而作用在电源线上的电流。

原子能科学技术　　第４８卷

表２列出了两种传导骚扰的测试标准及测试等级。大多数信号线都属于低暴露程度的传导骚扰环境，采用较低的测试等级；对于安装在厂区内、界定为中等暴露程度的传导骚扰环境，采用较高的测试等级（有关暴露程度的高低在IEEEStdC６２畅４１—１９９１中有规定）。被测设备在经受规定测试信号时，不应出现任何误动作或超出运行允许值的性能降低。

表2　RG1畅180规定的传导抗扰度试验要求

Table2　RG1畅180requirementforconductionimmunitytest

序号１２３４５６７８９

试验项目

射频场感应的传导骚扰度试验

交流电源端口谐波、谐间波及电号的低频抗扰度试验

０～１５０Hz共模传导骚扰抗扰度试验

电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

浪涌抗扰度试验

射频场感应的传导骚扰度试验

振荡波抗扰度试验

０～１５０kHz共模传导骚扰抗扰度试验５０Hz串模传导骚扰抗扰度试验

标准IEC６１０００‐４‐６IEC６１０００‐４‐１３IEC６１０００‐４‐１６IEC６１０００‐４‐４IEC６１０００‐４‐５IEC６１０００‐４‐６IEC６１０００‐４‐１２IEC６１０００‐４‐１６IEC６１０００‐４‐１６

2畅3　辐射抗扰度试验（表3）

IEC６１０００‐４‐８、IEC６１０００‐４‐９和IEC６１０００‐４‐１０测试是为保障设备和子系统不对频率为５０Hz～１００kHz的辐射磁场敏感。对于不安装在强磁场源（如CRT、电机、承载强电流的电缆）区域内的设备以及遵循本导则中认可的惯例的设备，可免作这一试验。本测试适用于对设备和子系统箱体及所有互连引线的电磁辐射耦合，不适用于经由天线的电磁耦合。

IEC６１０００‐４‐３测试是要保障设备和子系统对频率为３０MHz～１GHz的辐射电场不敏感。本测试适用于设备和系统实体及所有互连引线，不适用于连接天线的调频接收设备。被测设备在经受辐射电磁场时不应出现误动作或超出运行许可的性能下降。2畅4　抗浪涌试验

核电厂安全级仪控系统所安装的或可能会安装的内部场所包括控制室、远程停堆盘、电缆

间、设备间、辅助仪表间、继电器间和其他区域

（如汽轮机平台）。这类区域大多可划为B类、低暴露级场所。但对于与外电网连接的主电源场所或存在明显开关瞬态源的场所（如开关盘、大型电机等）则应按B类中等暴露级的情况来对待。其中，B类是指IEEEStdC６２畅４１—１９９１中的场所分类，B类涵盖了从公用设施引入口延伸到内部位置的电源线和短分支线路。

表3　RG1畅180规定的辐射抗扰度要求

Table3　RG1畅180requirementforradiationimmunitytest

序号１２３４

试验项目工频磁场抗扰度试验脉冲磁场抗扰度试验阻尼振荡磁场抗扰度试验射频电磁场辐射抗扰度试验

标准IEC６１０００‐４‐８IEC６１０００‐４‐９IEC６１０００‐４‐１０IEC６１０００‐４‐３

对核电厂安全级仪控系统进行抗浪涌试验所依据的标准、试验等级列于表４。

增刊　　胡雪峰等：仪控电子设备电磁兼容鉴定试验法规标准适用性分析

表4　RG1畅180规定的抗浪涌试验要求

Table4　RG1畅180requirementforsurgeimmunitytest

参数波形上升时间持续时间

振荡波开路电压０畅５μs１０μs开路电压１畅２μs５０μs组合波

短路电流８μs

１０１１

电快速瞬态１５ms脉冲

５ns

２０μs５０ns2畅5　静电放电试验（表5）

DCS设备功能及主要性能的影响，进行EMC

静电放电（ESD）是指具有不同静电电位的物体相互靠近或直接接触引起的电荷转移。静电放电试验是为评估电气或电子设备遭受静电放电时的性能，确认被试验设备能够承受静电放电的抗扰度。静电放电抗扰度试验执行的标准是IEC６１０００‐６‐２，对应于GB／T１７６２６畅２。这种静电放电可能是在电气或电子设备正常运行以及在设备维修期间设备退出运行时，由于人员接触设备的人‐机接口点而发生的。静电放电只施加在正常使用或维修保养时可接触受试设备上的点和面。

静电放电试验采取接触放电和空气放电两种放电方式。接触放电是指试验发生器的电极保持与受试设备的接触并由发生器内的放电开关激励放电的一种试验方法；空气放电是将试验发生器的充电电极靠近设备并由火花对受试设备激励放电的试验方法。试验以单次放电的方法进行，在预选点上至少施加１０次单次放电。对于符合性试验，受试设备应在初步试验基础上确定的最敏感方式下连续地运行。

表5　静电放电试验

Table5　Electrostaticdischargetest

等级试验电压／kV

接触放电

空气放电

１２２２４４３６８４

８

１５

3　仪控电子设备EMC试验样机配置

为了达到仪控电子设备EMC试验的目的，使EMC试验能代表EMI／RFI传导和辐射骚扰、低压交流电源浪涌以及静电放电骚扰对

试验用的仪控电子设备试验样机机柜应按照EMC的基本单元试验的要求配备为实现其典型功能所需（插件）配置。

仪控电子设备EMC试验样机可能有两种情况：

１）EMC试验样机与仪控电子设备其他鉴定试验样机基本相同，即样机内部的基本单元配置相同，但为了进行EMC试验和测试，必须在样机中配置必要的端子排和接线。

２）EMC试验样机不同于仪控电子设备鉴定试验样机，即样机内部配置的大多数基本单元虽相同，但它们所实现的功能有很大不同，这些单元之间的连接也不同。

试验大纲应对仪控电子设备试验样机的结构组成单元（机柜、机箱、插件）作简要说明，以展示试验样机的内部配置；对仪控电子设备试验样机的功能组成单元（系统、子系统、通道或功能块）作简要描述，说明试验样机所包含和实现的功能。

4　结语

本文通过对电磁兼容法规标准的对比分析，确定了适用于核电厂安全级仪控电子设备电磁兼容鉴定试验的适用标准，明确了电磁兼容设备鉴定的试验项目、适用标准、试验条件、测试等级和试验水平。并对试验样机提出了明确要求，有效地保证了供货设备和试验样机的一致性EMC。EMC测试是个复杂过程准规定的极限值作为判据标准和规范给出的测试方法进行，必须依据。通过制定完善的电，并以标磁兼容设备鉴定试验标准，并应用这些标准对仪控电子设备进行EMC测试和评价，可有效保证核电厂仪控电子设备国产化质量，使国产化核电厂安全级仪控电子设备达到国际水平，大幅降低核电厂安全级仪控设备的造价。

仪控电子设备电磁兼容鉴定试验法规标准适用性分析

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

胡雪峰， 周亮， 张龙强， HU Xue-feng， ZHOU Liang， ZHANG Long-qiang深圳中广核工程设计有限公司,广东 深圳,518045原子能科学技术

Atomic Energy Science and Technology2014(z2)

本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_yznkxjs2014z2034.aspx