電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)及其選用

引 言

電氣或電子裝置在運(yùn)作期間，因電磁波所產(chǎn)生的電磁力會(huì)干擾其本身和其他裝置的正常運(yùn)作，影響性能，甚至還會(huì)對(duì)人體的健康造成危害。這些裝置具有電磁干擾(emi)性，它們?cè)谕瓿晒β蕚魉秃蜐M(mǎn)足對(duì)各種各樣電能形式變換需要的同時(shí)，不可避免地會(huì)產(chǎn)生輻射及非正弦波信號(hào)，造成電磁干擾。表現(xiàn)在兩方面：（1）向電網(wǎng)注入整倍數(shù)于基波頻率的諧波電流分量，造成電網(wǎng)電壓產(chǎn)生畸變；（2）對(duì)電氣、電子設(shè)備產(chǎn)生不同程度的emi信號(hào)，這些emi信號(hào)可以以電磁幅射形式發(fā)射出去，也可通過(guò)電纜或電源線(xiàn)進(jìn)行傳導(dǎo)。電磁兼容（emc）問(wèn)題已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)課題。

電磁兼容技術(shù)的迅速發(fā)展，也刺激了對(duì)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化工作的需求。一些發(fā)達(dá)國(guó)家在emc技術(shù)的研究、標(biāo)準(zhǔn)的制定、emc測(cè)試及認(rèn)證方面處于領(lǐng)先地位。尤其是歐共體成員國(guó)關(guān)于emc法律性指令（89/336/eec指令）頒布以來(lái)，各國(guó)政府開(kāi)始從商貿(mào)的角度考慮emc問(wèn)題，并采取相應(yīng)措施加強(qiáng)emc標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)的制定和貫徹實(shí)施工作，我國(guó)雖然在emc方面工作起步較晚，但有關(guān)部門(mén)也正加緊工作，以跟上國(guó)際emc工作的步伐。89/336/eec指令從1996年1月1日起強(qiáng)制執(zhí)行，所有投放市場(chǎng)的電工電子產(chǎn)品，均須按照l(shuí)mc指令的要求進(jìn)行emc認(rèn)證。認(rèn)證合格后，貼上ce標(biāo)志。iec（國(guó)際電工委員會(huì)）專(zhuān)門(mén)從事電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化工作的有兩個(gè)技術(shù)委員會(huì)，即國(guó)際無(wú)線(xiàn)電干擾特別委員會(huì)(cispr即iec，是“international electro technical commission )和第77技術(shù)委員會(huì)（tc77）。其中cispr負(fù)責(zé)制訂頻率大于9khz發(fā)射的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和通用標(biāo)準(zhǔn)，tc77負(fù)責(zé)制訂9khz和開(kāi)關(guān)操作等引起的高頻瞬態(tài)發(fā)射及整個(gè)頻率范圍內(nèi)的抗擾性基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和通用標(biāo)準(zhǔn)。tc77制訂的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是iec61000系列。我國(guó)的emc研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作從60年代開(kāi)始起步，對(duì)應(yīng)于clspr成立了“全國(guó)無(wú)線(xiàn)電干擾標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)”，對(duì)應(yīng)tc77成立了“全國(guó)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)合工作組”，并于1993年正式發(fā)布，1994年開(kāi)始實(shí)施《電能質(zhì)量－公用電網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)》。隨著emc標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)行，emc認(rèn)證也將是產(chǎn)品的一個(gè)重要質(zhì)量標(biāo)志。

在認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí)體系中，由瑞典制定的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)tco99是最高級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)，它包含了多項(xiàng)內(nèi)容，是目前最全面的認(rèn)證標(biāo)志。我國(guó)加入wto后，要把電子產(chǎn)品銷(xiāo)往國(guó)外，不但要了解有關(guān)emi標(biāo)準(zhǔn)，還要知道用什么樣的測(cè)試方法和設(shè)備才能得到產(chǎn)品的emi認(rèn)可，從而采取相應(yīng)的措施使它們符合emi標(biāo)準(zhǔn)。本文討論了tco99、fcc、vde、cispr等emi標(biāo)準(zhǔn)，研究了測(cè)試注意事項(xiàng)和如何選用這些標(biāo)準(zhǔn)。電磁波的劃分如表1所示。

tco99標(biāo)準(zhǔn)

tco99涉及到環(huán)境、人體生態(tài)學(xué)、 廢物的回收利用、電磁輻射、節(jié)能以及安全等多個(gè)領(lǐng)域。通過(guò)tco99認(rèn)證的產(chǎn)品必須符合環(huán)保的要求，產(chǎn)品中不能含有對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)及胚胎組織有害的重金屬元素(如鎘、汞等)以及化合物(如含有氯和溴的阻燃材料等)。在節(jié)能方面，要求電子和電氣設(shè)備在一定的閑置期后應(yīng)能自動(dòng)降低功耗進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)，并且要求產(chǎn)品具有較短的恢復(fù)時(shí)間。對(duì)環(huán)境檢測(cè)時(shí)測(cè)量器所顯示的人體標(biāo)準(zhǔn)是：（1）安全區(qū)：0.1毫高斯以?xún)?nèi)；（2）小心區(qū)：0.1~3.0毫高斯；（3） 危險(xiǎn)區(qū)：3.0毫高斯以上。

人類(lèi)的照射限值標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

fcc標(biāo)準(zhǔn)

fcc 標(biāo)準(zhǔn)及單位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)見(jiàn)表3（表中af表示天線(xiàn)系數(shù)）。a類(lèi)設(shè)備測(cè)試過(guò)程可以獨(dú)立于fcc而自行完成，但要提交測(cè)試結(jié)果， fcc保留了隨時(shí)抽樣測(cè)試的權(quán)力。只要懷疑設(shè)備不符合emi標(biāo)準(zhǔn)，就要對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)廠(chǎng)家提交的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行審查。對(duì)于b類(lèi)設(shè)備，限制比較嚴(yán)格，必須提交一個(gè)樣品供測(cè)試使用。

vde和cispr標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試

vde和cispr兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試條件基本相同。vde傳導(dǎo)放射標(biāo)準(zhǔn)和輻射標(biāo)準(zhǔn)分別見(jiàn)表4和表5。表4中l(wèi)isn表示線(xiàn)路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)路(line impedance stabilization network)，vde和cispr測(cè)傳導(dǎo)放射時(shí)，vde和cispr采用有別于fcc的lisn電路，其輸入阻抗為150 ；而fcc采用的lisn電路，輸入阻抗為50 。vde和cispr規(guī)定傳導(dǎo)測(cè)試下限頻率為10khz，而fcc規(guī)定為450khz，這三種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限頻率都是30mhz。輻射測(cè)試頻率范圍，vde和cispr規(guī)定為10khz~1000 mhz；而fcc規(guī)定為30mhz~1000 mhz。

vde和cispr不接受廠(chǎng)家提供的測(cè)試數(shù)據(jù)，而美國(guó)的fcc則承認(rèn)廠(chǎng)家提供的測(cè)試數(shù)據(jù)和鑒定結(jié)果，因?yàn)閺S(chǎng)家的測(cè)試保證了測(cè)試站不會(huì)發(fā)現(xiàn)比規(guī)定的界限更高的emi電平。由測(cè)試站進(jìn)行的正規(guī)測(cè)試事實(shí)上是一種獨(dú)立的產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)定，vde要對(duì)產(chǎn)品可能對(duì)安全性造成的危害都加以評(píng)估。這是一種比較穩(wěn)妥的辦法，因?yàn)檫@種測(cè)試包括了所有的潛在危害，其中也包括emi對(duì)通信業(yè)務(wù)的影響。

vde和cispr的規(guī)定分許多種，有的適應(yīng)于工業(yè)產(chǎn)品和科學(xué)儀器，有的適應(yīng)于消費(fèi)型設(shè)備(如手持電動(dòng)工具等)。對(duì)于計(jì)算設(shè)備，vde的規(guī)定又分為a、b、c三類(lèi)，其中a、c類(lèi)規(guī)定對(duì)經(jīng)常要搬動(dòng)的設(shè)備進(jìn)行了限制；b類(lèi)規(guī)定對(duì)民用和通信設(shè)備進(jìn)行了限制，還涉及通信業(yè)務(wù)的安全，因而更為嚴(yán)格。

vde規(guī)定在某種意義講，適合于測(cè)試過(guò)程和設(shè)備性能易發(fā)生變化的場(chǎng)合。測(cè)試單個(gè)產(chǎn)品時(shí)，測(cè)得的emi電平必須比規(guī)定指標(biāo)低2db以上才算合格。其后重新測(cè)試時(shí)，如測(cè)得的emi電平比規(guī)定指標(biāo)高出2db以上，則認(rèn)為是超標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)大量的設(shè)備進(jìn)行測(cè)試時(shí)，則采用統(tǒng)計(jì)技術(shù)，保證在80%的被測(cè)試產(chǎn)品中，有80%以上產(chǎn)品被確認(rèn)是在規(guī)定的指標(biāo)以下。

諧波電流、電壓限值

表6列出了cispr標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)電力電子裝置和其他非線(xiàn)性負(fù)載用戶(hù)，允許注入電網(wǎng)的諧波電流限值。該表適合于電壓等級(jí)為2.4~69kv，其中isc / i1 為公共連接點(diǎn)(pcc) 短路電流與基波電流之比，偶次諧波限值為表6中奇次諧波限值的25%，ih / i1為第h次諧波電流與基波電流之比。表7為供電電網(wǎng)須保證電壓波形質(zhì)量的諧波電壓限值，不僅適用于三相系統(tǒng)，也適用于單相系統(tǒng)，其中vh / v1為第h次諧波電壓與基波電壓之比?，F(xiàn)將表6、表7中有關(guān)定義說(shuō)明如下。

(1)pcc畸變電壓vh 取決于交流電源內(nèi)阻抗j ls和注入的諧波電流值，對(duì)于基波角頻率 下的第h次諧波，其pcc畸變電壓有效值為：

式中ih為注入電網(wǎng)的第h次諧波電流有效值。

(2)isc是電源提供給故障點(diǎn)的短路電流有效值，當(dāng)pcc三相短路時(shí)：

式中vs 是電源相電壓有效值。isc越大說(shuō)明pcc交流系統(tǒng)的容量越大。
(3)電流總諧波畸變率為

從表6中可知：thdi允許值隨供電容量(isc / i1) 的增加而增加。表8列出了我國(guó)有關(guān)公用電網(wǎng)諧波電壓限值的規(guī)定， hrvh表示各次諧波電壓含有率，有下列關(guān)系式：

在允許諧波電壓含有率情況下，isc / i1越大，ih / i1比值也可更大些，因此，由表6和表7可得出這樣的結(jié)論：諧波電壓的限值和諧波電流的限值是隨供電容量(isc / i1) 的增加而允許增加的，這一點(diǎn)對(duì)于診斷電氣產(chǎn)品emi是否達(dá)標(biāo)很有益處。thdv為電壓總諧波畸變率定義為：

當(dāng)電氣設(shè)備使用場(chǎng)合已確定時(shí)，該設(shè)備的emi標(biāo)準(zhǔn)就得按使用場(chǎng)合所在行業(yè)的emi標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量。例如，某開(kāi)關(guān)電源用在信息行業(yè)，則這個(gè)開(kāi)關(guān)電源就作為信息設(shè)備，使用信息行業(yè)emi標(biāo)準(zhǔn)來(lái)診斷，即引用gb9254(相當(dāng)于en5502)a或b級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于gb9254傳導(dǎo)干擾a和b級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分別見(jiàn)表9和表10。使用表9與表10時(shí)，在過(guò)渡頻率(0.5mhz) 處應(yīng)采用較低的限值；使用表10時(shí)，在0.15mhz~0.50mhz頻率范圍內(nèi)，限值隨頻率的對(duì)數(shù)呈線(xiàn)性減小。

emc對(duì)人民生活、工業(yè)化生產(chǎn)和世界貿(mào)易均有重要影響，電磁兼容技術(shù)的研究不僅為保護(hù)電磁環(huán)境，使電磁應(yīng)用與電磁環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，同時(shí)也是我國(guó)電氣、電子裝置和系統(tǒng)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌的必然趨勢(shì)。在我國(guó)已加入了wto的今天，對(duì)tco99、fcc、vde、cispr等emc標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究，熟悉它們，找出它們的異同點(diǎn)，有助于保護(hù)人類(lèi)的健康，有利于提高我國(guó)電子產(chǎn)品和電氣設(shè)備在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力，使產(chǎn)品能順利地通過(guò)emc指標(biāo)測(cè)試。為了保護(hù)電磁設(shè)備和供電電網(wǎng)不被emi信號(hào)所干擾，cispr的建議也在不斷完善和修改，以便反映出新的要求和需要，這就要求我們進(jìn)一步熟悉和不斷研究這些標(biāo)準(zhǔn)，以便更好地與國(guó)際接軌。