1E级电气设备电磁兼容试验标准选用研究
Research on Selection of EMC Test Standard for 1E Electrical Equipment

作者: 吴园园 , 孙德泉 , 张小伟 :国防科工局核技术支持中心,北京;

关键词: 电气设备环境鉴定电磁兼容Electrical Equipment Environmental Qualification Electromagnetic Compatibility (EMC)

摘要: 电气设备的电磁兼容性是保证其正常工作的重要因素,我国核电厂1E级电气设备均要考虑进行电磁兼容试验。目前我国能源行业标准NB/T 20218和GJB 151B均可用于电磁兼容试验。本文通过对比分析上述两标准在试验项目、试验条件等的关系,给出了采用上述两标准的建议,可用于指导核电厂等1E级电气设备在质量鉴定时选取适当的电磁兼容试验标准。

Abstract: Electromagnetic compatibility of electrical equipment is an important factor to ensure its normal operation. Electromagnetic compatibility test should be considered for 1E electrical equipment of nuclear power plant in China. At present, China’s energy industry standards NB/T 20218 and GJB 151B can be used for EMC test. By comparing and analyzing the two standards in test items and test conditions, this paper gives some suggestions on adopting the above two standards, which can be used to guide the selection of appropriate EMC test standards for 1E electrical equipment in nuclear power plant.

1. 引言

核电厂电磁环境复杂,存在多种电磁干扰源,会对电子电气设备的正常工作产生干扰;另一方面,核电厂所采用的仪控设备逐渐数字化、集成化,对于电磁干扰更加敏感。因此,电磁兼容问题是影响电气设备性能的重要因素。我国GB/T 12727-2002《核电厂安全系统电气设备质量鉴定》、法国《RCC-E核岛电气设备设计和建造规则》和美国IEEE 323《核电厂安全级设备鉴定》中均对电磁兼容进行了规定。但我国目前存在多个电磁兼容试验有关的标准,导致在制定电磁兼容试验方案时出现多个标准共用或相互引用的情况,带来不便。本文则在分析目前各电磁兼容标准的内容和要求的基础上,给出不同标准的使用建议,尤其有助于指导核电厂等1E级电气设备在质量鉴定时选取适当的电磁兼容试验标准。

2. 我国电磁兼容试验标准概述

我国现行电磁兼容试验相关标准主要有NB/T 20218-2013《核电厂安全重要仪表和控制设备电磁兼容性试验要求》、GB/T 17626系列《电磁兼容试验和测量技术》、GB 4824《工业、科学和医疗(ISM)射频设备电磁骚扰特性限值和测量方法》、GJB 151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求测量》、HJB 34A-2007《舰船电磁兼容性要求》、GJB 1389A-2005《系统电磁兼容性要求》等。其中,NB/T 20218-2013用于核电厂安全重要系统仪表和控制设备电磁兼容性试验项目的选取和试验要求的确定,涉及抗扰度试验的具体试验步骤和试验规程则直接引用GB/T 17626系列标准,涉及发射试验的具体试验步骤和规程则直接引用GB 4824;GJB 151B对军用设备和系统电磁兼容试验提出了试验项目选取的依据和要求;GB/T 17626系列标准则对民用建筑和特殊区域提出了电磁兼容要求和具体的试验规程;GB 4824针对工业、科学和医疗设备的电磁发射测试进行了规定;HJB 34A和GJB 1389A仅规定了系统内电磁兼容要求、系统对外部电磁环境的适用性要求、静电防护等要求,并未涉及试验项目的选取和试验要求等内容,综上,上述标准中仅NB/T 20218-2013和GJB 151B涉及核电厂等系统设备电磁兼容项目的选取和要求。NB/T 20218-2013《核电厂安全重要仪表和控制设备电磁兼容性试验要求》等效采用了国际电工委员会工业标准IEC 62003《核电厂安全重要仪表和控制设备电磁兼容性试验要求》,GJB 151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求测量》则参考引用了美国国防部2007年发布的军用标准MIL-STD-461F,鉴于目前美国电磁兼容试验遵循的RG1.180允许在MIL-STD-461E和IEC 61000系列中任选其一,因此,我国目前在1E级电气设备的环境鉴定中原则上也可选用NB/T 20218-2013或GJB 151B进行电磁兼容试验。

3. 电磁兼容试验标准对比

NB/T 20218-2013《核电厂安全重要仪表和控制设备电磁兼容性试验要求》 [1] 等同采用IEC 62003:2009《核电厂安全重要仪表和控制设备电磁兼容性试验要求》,规定了核电厂安全重要系统中使用的仪表和控制设备的电磁兼容性要求,给出了试验方法所适用的国家标准和IEC标准(主要是GB/T 17626和IEC 61000系列标准);另外,基于仪控设备实际安装环境和电磁环境的严酷程度,将仪表和控制设备的抗扰度分为4类,并按照不同类别给出了为满足核安全要求所必需的试验参数和判据,可用于核电厂安全重要系统中仪控和电气设备的电磁兼容性试验。

GJB 151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求测量》 [2] 主要以美国MIL-STD-461E (reference 21)《分系统和设备电磁干扰控制要求》为基础编制,规定了军用电子、电气及机电等设备和分系统电磁发射和敏感度的要求和测试方法。标准中给出了传导发射(CE)、传导敏感度(CS)、辐射发射(RE)和辐射敏感度(RS)四大类共21个测试项目,并具体给出了各个项目的适用范围、限值和测试方法。

NB/T 20218-2013给出了核电厂安全重要仪表和控制设备应进行的抗扰度试验共14项,发射试验仅3个,且未对试验条件、试验要求进行详细规定;GJB 151B-2013规定的21个测试项目中,敏感度试验14个,发射试验为7个,表1列出两个标准测试项目的大致对应关系 [3]。

Table 1. Comparison of NB/T 20218 and GJB 151B test items

表1. NB/T 20218和GJB 151B测试项目对比

可以看出,由于测试项目的划分依据和试验条件不同,两标准中各试验项目无法一一准确对应。GJB 151B虽然在测试项目上基本与NB/T 20218所规定的核电厂仪表和设备测试项目相同,但两标准试验条件的参数范围不同,如RS 101磁场辐射抗扰度中频率范围为30 Hz~100 KHz,而核电厂共模传导骚扰抗扰度频率范围为0~150 KHz。另外,NB/T 20218中基于核电厂仪表和设备所处的安装环境和电磁环境的严酷程度,将仪表和控制设备的抗扰度分为4类,并根据不同类别规定了不同的试验条件和判据,更加符合核电厂电气类设备的实际情况,而GJB 151B未对此进行区分,直接用于核电厂仪表和设备的电磁兼容试验时可能带来过大的保守性。最后,NB/T 20218中大多依据电磁干扰来源的不同分别规定了应进行的电磁兼容试验,如浪涌(冲击)、电压变化、工频磁场等,有利于设计者根据核电厂各电气设备的实际安装环境进行剪裁,选取适宜的试验项目;而GJB 151B所适用的军用系统和设备种类繁多,安装及工作环境多样,电磁干扰来源复杂,标准中大多根据被测设备划分和规定测试项目,如CS 114电缆束注入传导敏感度;或者通过较大范围的测试参数来覆盖不同类型的电磁干扰来源,如RS 101磁场辐射抗扰度急对应NB/T 20218中的4个测试项目,导致设计者仅对核电厂安全级电气设备进行电磁兼容试验时需要在多个测试项目中选取合适的试验参数范围,即进行试验项目的剪裁与确认。因此,NB/T 20218相比GJB 151B更加适用于核电厂等安装位置和工作环境比较明确的仪表设备的电磁兼容试验选取,而GJB 151B适用于安装位置和工作环境不确定或变化较大的仪表设备的电磁兼容试验,而用于核电厂电气设备时,则要进行测试项目的分析、剪裁和确认。剪裁中应考虑下述因素:

1) 产品整个寿命期内事件及其相应的电磁环境和严酷程度;

2) 产品本身的特性;

3) 设备受各种电磁环境影响的程度;

4) 设备布局与安装位置;

5) 干扰源及被保护对象的工作频率、调制方式;

6) 可能提供的实测数据和类似设备工作情况。

除上表中所列试验项目外,GJB 151B还规定了其他敏感度试验和发射试验项目。其中,敏感度试验,如CS 101地线传导敏感度、CS 103天线端口互调传导敏感度、CS 105天线端口交调传导敏感度等,均为军用系统装备所特有的电磁兼容要求,核电厂仪表和设备无相关要求。对于发射试验项目,如CE 101 25 Hz~10 kHz电源线传导发射、CE 106 10 kHz~40 GHz天线端口传导发射、RE 101 25 Hz~100 kHz磁场辐射发射等,均规定了具体的试验条件和试验方法,而NB/T 20218标准中仅给出了三类发射试验的试验项目和限值,具体的试验方法和要求则引用了GB 4824进行制订。

4. 结论

结合以上分析,NB/T 20218-2013《核电厂安全重要仪表和控制设备电磁兼容性试验要求》可直接用于核电厂等安全系统仪表和设备电磁兼容试验,而GJB 151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求测量》则用于安装位置和工作环境不确定或变化较大的系统设备的电磁兼容试验,若用于核电厂电气设备,则需进行试验项目和条件的剪裁、修改与确认。

文章引用: 吴园园 , 孙德泉 , 张小伟 (2021) 1E级电气设备电磁兼容试验标准选用研究。 核科学与技术, 9, 157-160. doi: 10.12677/NST.2021.93018

参考文献

[1] 国家能源局. NB/T 20218-2013核电厂安全重要仪表和控制设备电磁兼容性试验要求[S]. 中华人民共和国能源行业标准, 2013.

[2] 中国人民解放军总装备部. GJB 151B-2013军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求测量[S]. 中华人民共和国国家军用标准, 2013.

[3] 王英. 核安全设备鉴定[M]. 北京: 机械工业出版社, 2015: 90-93.

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