使用EXCEL制作浪涌试验用时计算器

2020-02-25魏景锋赵佳洋赵旭辽宁省医疗器械检验检测院辽宁沈阳110171

中国医疗器械信息 2020年1期

魏景锋赵佳洋赵旭辽宁省医疗器械检验检测院（辽宁沈阳 110171）

内容提要：通过分析浪涌试验的相关标准及测试方法，总结出变量参数及计算公式。使用EXCEL的表格计算公式制作出浪涌试验耗时计算器，提高相应试验的工作效率。

随着医用电气设备的信息技术和集成度的不断提高，在其所处的环境内，由于自然界雷电直接注入建筑物外部及附近大地，或者雷电的间接感应，又或者由于电力系统内开关操作所引起的瞬态脉冲电流干扰所造成的医用电气设备性能下降、丧失甚至设备损坏等安全风险已经成为不可忽视因素。国家标准GB/T 17626.5-2008《电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验》[1]（等同采用国际标准：IEC61000-4-5:2005）和医药行业标准YY0505-2012《医用电气设备第1-2部分：安全通用要求并列标准：电磁兼容要求和试验》[2]36.202.5章规定了医用电气设备对由开关和雷电瞬变过电压引起的单极性浪涌（冲击）的抗扰度要求、试验方法和推荐的试验等级[3]。浪涌抗扰度试验的目的是建立一个共同的基准，以评价电气和电子设备在遭受浪涌（冲击）时的性能。

标准中规定了组合波发生器模拟浪涌信号并通过耦合/去耦网络（CDN）向受试设备（EUT）的供电线路注入浪涌干扰信号的试验方法。浪涌试验特点是耦合方式复杂，加载次数多，测试时间较长（耗时可达到十多个小时），且不易简单估算。随着试验等级的逐级提升，不合格现象往往发生在试验邻近尾声之际，从而造成试验非计划性中断和试验室资源的浪费。如何预计浪涌测试时间，合理规划试验步骤成为电磁兼容测试的一个重要的环节。

1.目的

将涉及标准中不同的试验等级和测试方法耦合方式将标准要求归纳成可录入、修改的时间和次数等变量，利用EXCEL数学编辑器带入变量参数的方法制作耗用时间计算器。通过此工具方便直观的计算出总用时。并据此给出试验计划和改进措施，提升计划的可预见性和试验室测试效率。

2.方法

2.1 GB/T 17626.5-2008试验要求[1]

在由耦合去耦网络（CDN）供电的EUT电源线上使用组合波发生器施加干扰，试验等级见表1，试验电压波形略。

表1.试验等级

三相供电设备线对线（差模）耦合、线对地（共模）耦合电路图（图1），单相供电设备线对线（差模）、线对地（共模）耦合电路图（图2）。由图1、图2可得，组合波发生器加载到供电线路的浪涌信号在线对线耦合的组合数a、线对地耦合组合数b分别是a=Cn2，和b=n×m；×n为相线（L1,2..）个数+中性线（N）个数。m为地线（PE）个数，通常为1或0。

图1.三相供电设备线对线（差模）耦合、线对地（共模）耦合电路图

图2.单相供电设备线对线（差模）、线对地（共模）耦合电路图

2.2 YY0505-2012 36.202.5章中对于浪涌试验的要求[2]

“a)设备或系统，应在交流电源线对地抗扰度试验电平为±0.5kV、±1kV和±2kV，及交流电源线对线的抗扰度试验电平为±0.5kV和±1kV时符合36.202.1 j)的要求……”

“b)……2）应在每个电压电平和极性上，对每根电源线在以下的每个交流电压波形相角0°或180°、90°和270°上各施加浪涌五次。3)在初级电源电路中没有浪涌保护装置的设备和系统，可只做±2kV线对地和±1kV线对线。4)没有任何接地互连的Ⅱ类设备和系统免予线对地试验[2]。”

2.3 浪涌试验中涉及到的变量参数分析及用时计算方法

标准中的对于影响试验时间的变量可归纳为：电平等级、极性、交流电压波形相位角、加载间隔时间、重复次数。浪涌电压输出波形的上升和下降时间以μs计，相对于整体试验可忽略不计。

根据上述标准要求可以规定以下变量用于计算浪涌的总加载次数和总时间。

变量：A：加载次数，B：相线数（包含中性线），C：地线数（PE），D：极性数（+，-），E：相位角数（0～270°步进90°），F：间隔时间（s）。

a)总耦合数等于0.5kV、1kV等级下线对线之间、线对地之间耦合数与2kV等级下线对地之间耦合数之和。

b)总时间=总耦合数×加载次数×极性数×相位角数×间隔时间

2.4 EXCEL计算表格的具体实现

利用EXCEL 中的“组合”函数COMBIN（number，number_chosen），计算两条电缆间的加载浪涌干扰的耦合数。±0.5kV和±1kV试验等级的加载次数相同，即：[G3]=[H3]=(COMBIN(B2,2)+B2×C2)×A2×D2×E2。±2kV试验等级的加载次数[I3]=A2×B2×C2×D2×E2。得出总次数[J3]=[G3]+[H3]+[I3]。

总次数×间隔时间(s)=[F2]为相应的测试时间。由于输入的间隔时间以秒（s）计（绝大多数浪涌发生设备以s为计时单位），在此基础上/60，/3600分别得出以分钟（min）计时的[G1,H1,I1]和以小时（h）计时的[G4,H4,I4]的单元格。具体表格界面见图3。J列为次数和时间的合计。

图3.EXCEL 计算表格

根据标准YY0505-2012要求，当EUT初级电路没有浪涌保护装置时可以仅做线对线±1kV，线对地±2kV即最高试验等级。将单元格[E3]格式设置为“全部测试”“仅测最高级”的下拉列表。设置单元格[C3]fx=IF（E3="全部测试",J4,G4）当选择“仅测最高级”时，相当于计算单一等级的线对地、线对线总用时，这与±0.5kV相等，可免去重复计算直接取值[G4]。