Prüfung der elektromagnetischen Verträglichkeit: Bewertung der Stoßspannungsfestigkeit von Strom- und internen Kabeln

Abstrakt: Dieser Artikel befasst sich mit der Prüfung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) von Netzkabeln und internen Steckverbindern im Zusammenhang mit hochenergetischen transienten Störungen, die durch natürliche Blitzeinwirkung und Lastschaltungen mit hoher Kapazität verursacht werden. Die LISUN SG61000-5 Der Überspannungsgenerator wird als wichtiges Werkzeug für solche Tests vorgestellt. Funktionsprinzip, Spezifikationen und Anwendungsszenarien des Überspannungsgenerators werden detailliert beschrieben, ebenso wie die Bedeutung von EMV-Prüfungen für den zuverlässigen Betrieb elektrischer und elektronischer Geräte. Experimentelle Daten und Analysen demonstrieren die Wirksamkeit des Testverfahrens.

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1. Einleitung

In modernen elektrischen und elektronischen Systemen spielt die elektromagnetische Verträglichkeit eine immer wichtigere Rolle. Netzkabel und interne Steckverbinder spielen eine wichtige Rolle bei der Übertragung elektrischer Energie und Signale innerhalb von Geräten. Sie sind jedoch häufig anfällig für energiereiche, transiente Störungen durch Naturphänomene wie Blitzeinschläge und Lastschaltvorgänge mit hoher Kapazität. Prüfung der elektromagnetischen Verträglichkeit, insbesondere die Prüfung der Störfestigkeit gegen Überspannungen, ist unerlässlich, um die Widerstandsfähigkeit dieser Komponenten gegenüber solchen Störungen zu bewerten und die ordnungsgemäße Funktion des Gesamtsystems aufrechtzuerhalten. Die LISUN SG61000-5 Der Überspannungsgenerator ist darauf ausgelegt, die Anforderungen solcher Prüfnormen zu erfüllen und bietet eine umfassende Lösung zur Beurteilung der Überspannungsfestigkeit von Strom- und internen Kabeln.

2. Die Auswirkungen hochenergetischer transienter Störungen

2.1 Blitzüberspannungsinduktion

Blitzeinschläge können extrem hohe Spannungs- und Stromstöße in Stromleitungen und anderen leitfähigen Pfaden verursachen. Schlägt ein Blitz in der Nähe einer Stromleitung oder der elektrischen Infrastruktur eines Gebäudes ein, kann er elektromagnetische Felder erzeugen, die sich auf die Stromkabel und internen Anschlüsse auswirken. Diese induzierten Überspannungen können Amplituden von mehreren Kilovolt oder mehr erreichen und haben sehr kurze Anstiegszeiten und Dauern. Solche energiereichen Impulse können empfindliche elektronische Komponenten, wie beispielsweise Halbleiterbauelemente, sofort beschädigen und zu Geräteausfällen führen. Selbst wenn die Komponenten nicht vollständig beschädigt sind, kann die Überspannung in manchen Fällen den normalen Betrieb der Geräte stören und zu Datenfehlern, Systemstörungen oder zeitweiligen Ausfällen führen.

2.2 Lastschaltung mit großer Kapazität

Auch Lastschaltvorgänge mit hoher Kapazität in Stromversorgungssystemen, wie das Starten und Stoppen großer Motoren oder das Schalten von Kondensatorbatterien, können erhebliche Spannungs- und Stromstöße verursachen. Während dieser Prozesse kann die plötzliche Änderung der Lastimpedanz zu Spannungsspitzen und Stromstößen im Stromverteilungsnetz führen. Diese Transienten können sich über die Netzkabel ausbreiten und die internen Komponenten der angeschlossenen Geräte beeinträchtigen. Häufigkeit und Ausmaß dieser Lastschaltvorgänge variieren je nach den Eigenschaften der Last und des Stromversorgungssystems. Dennoch können sie die Zuverlässigkeit der Geräte gefährden, insbesondere in industriellen und gewerblichen Anwendungen, in denen häufig große Lasten auftreten.

3. Das LISUN SG61000-5 Überspannungsgenerator

3.1-Funktionsprinzip

Das SG61000-5 Der Überspannungsgenerator basiert auf der Erzeugung spezifischer Spannungs- und Stromwellenformen, um die Auswirkungen von Blitzstößen und anderen vorübergehenden Ereignissen zu simulieren. Er kann eine kombinierte Welle mit einer Spannungswellenform von 1.2/50 μs (offener Stromkreis) und einer Stromwellenform von 8/20 μs (Kurzschluss) erzeugen. Durch die Einspeisung dieser Wellenformen in die zu prüfenden Netzkabel und internen Anschlüsse lässt sich deren Widerstandsfähigkeit gegenüber vorübergehenden Störungen beurteilen. Der Generator entspricht internationalen Normen wie IEC 61000-4-5, EN 61000-4-5 und GB/T17626.5 und gewährleistet so die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Prüfergebnisse.

3.2-Spezifikationen

Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Spezifikationen des LISUN SG61000-5 Überspannungsgenerator-Serie:

3.3 Testaufbau und -durchführung

Bei Verwendung der SG61000-5 Für die Prüfung eines Überspannungsgenerators ist ein geeigneter Prüfaufbau erforderlich. Das zu prüfende Gerät (EUT) wird über entsprechende Kopplungs-/Entkopplungsnetzwerke (CDNs) und Trenntransformatoren mit dem Überspannungsgenerator verbunden. Die CDNs dienen dazu, die Überspannungssignale auf die Strom- und Kommunikationsleitungen des EUT zu koppeln und gleichzeitig das EUT von der Stromquelle zu entkoppeln, um zu verhindern, dass die eingespeisten Überspannungen das Stromnetz beeinträchtigen. Der Trenntransformator sorgt für die elektrische Trennung zwischen EUT und Stromquelle und gewährleistet so die Sicherheit des Prüfaufbaus.

Das Prüfverfahren umfasst typischerweise die Einstellung der Parameter des Stoßgenerators, wie Ausgangsspannung, Stromstärke, Polarität und Wiederholungsrate, entsprechend den Prüfanforderungen und den geltenden Normen. Anschließend wird der Prüfling einer Reihe von Stoßspannungseinspeisungen ausgesetzt, und seine Leistung wird während und nach jeder Einspeisung überwacht. Alle Fehlfunktionen oder Abweichungen vom Normalbetrieb des Prüflings werden aufgezeichnet und analysiert, um die Stoßspannungsfestigkeit zu bestimmen.

4. Experimentelle Ergebnisse und Analyse

4.1 Probenprüfung

Eine Reihe von Tests wurde an einer Stichprobe von Netzkabeln und internen Anschlüssen durchgeführt, wobei die LISUN SG61000-5 Überspannungsgenerator. Die Proben wurden von verschiedenen Herstellern und aus verschiedenen Anwendungen ausgewählt, um ein breites Produktspektrum abzubilden. Die Tests wurden bei unterschiedlichen Spannungs- und Stromstärken durchgeführt und die Ergebnisse analysiert, um die Überspannungsfestigkeit der Proben zu bewerten.

4.2 Ergebnisse

Die Testergebnisse zeigten, dass einige der Proben den angegebenen Überspannungswerten ohne nennenswerte Leistungseinbußen standhielten. Eine beträchtliche Anzahl von Proben zeigte jedoch Ausfälle oder anormales Verhalten, wenn sie höheren Überspannungsamplituden ausgesetzt wurden. Beispielsweise wurde in einigen Fällen die Isolierung der Netzkabel beschädigt, was zu Kurzschlüssen oder Kriechströmen führte. In anderen Fällen zeigten die internen Anschlüsse Anzeichen von Lichtbogenbildung oder Kontaktfehlern, was zu Signalunterbrechungen oder Datenfehlern in den angeschlossenen Geräten führte.

Analyse 4.3

Die Analyse der Testergebnisse zeigt, dass Design und Herstellungsverfahren von Netzkabeln und internen Steckverbindern verbessert werden müssen, um deren Überspannungsfestigkeit zu erhöhen. Hersteller sollten der Materialauswahl und dem Design der elektrischen und mechanischen Strukturen mehr Aufmerksamkeit schenken, um eine bessere Leistung bei vorübergehenden Störungen zu gewährleisten. Darüber hinaus unterstreichen die Ergebnisse die Bedeutung von EMV-Tests während der Produktentwicklung, um potenzielle Probleme zu identifizieren und zu beheben, bevor die Produkte auf den Markt kommen.

5. Bedeutung von EMV-Tests zur Gewährleistung der Systemzuverlässigkeit

5.1 Geräteausfälle verhindern

EMV-Prüfungen, insbesondere die Prüfung der Überspannungsfestigkeit, helfen, Schwachstellen von Netzkabeln und internen Steckverbindern im Vorfeld zu identifizieren. Durch die Simulation transienter Störungen können potenzielle Probleme erkannt und behoben werden, bevor sie im Feld zu tatsächlichen Geräteausfällen führen. Dieser proaktive Ansatz kann das Risiko von Geräteausfällen und Reparaturkosten deutlich reduzieren und die allgemeine Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der elektrischen und elektronischen Systeme verbessern.

5.2 Sicherstellung der Systemkompatibilität

In komplexen elektrischen und elektronischen Systemen müssen verschiedene Komponenten harmonisch zusammenarbeiten. EMV-Prüfungen stellen sicher, dass Netzkabel und interne Anschlüsse keine übermäßigen elektromagnetischen Störungen abgeben, die die Leistung anderer Komponenten in der Nähe beeinträchtigen könnten. Gleichzeitig wird überprüft, ob die Komponenten Störungen aus anderen Systemteilen standhalten, um die Kompatibilität und Stabilität des gesamten Systems zu gewährleisten.

6. Fazit

Abschließend Prüfung der elektromagnetischen Verträglichkeit von Netzkabeln und internen Anschlüssen ist angesichts der energiereichen transienten Störungen durch natürliche Blitzeinwirkung und Lastschaltungen mit hoher Kapazität von größter Bedeutung. Die LISUN SG61000-5 Der Überspannungsgenerator ist ein zuverlässiges und effizientes Werkzeug für solche Tests. Durch geeignete Testaufbauten und -verfahren lässt sich die Überspannungsfestigkeit der Komponenten präzise bewerten und Verbesserungspotenziale identifizieren. Die experimentellen Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit kontinuierlicher Verbesserungen bei Design und Fertigung von Netzkabeln und internen Steckverbindern, um deren Widerstandsfähigkeit gegen transiente Störungen zu erhöhen. Durch die Betonung der Bedeutung von EMV-Prüfungen und die Ergreifung geeigneter Maßnahmen können wir den zuverlässigen Betrieb elektrischer und elektronischer Geräte und die Stabilität des Gesamtsystems gewährleisten. Zukünftige Forschung sollte sich auf die weitere Optimierung der Testmethoden und die Entwicklung fortschrittlicherer Überspannungsgeneratoren konzentrieren, um den sich wandelnden Anforderungen der Branche gerecht zu werden.