陳朝霞，宋盟春，劉思勝

廣東省醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所 （廣東廣州 510663）

GB/T 30137-2013《電能質(zhì)量 電壓暫降與短時(shí)中斷》中對電壓暫降的定義為：電壓暫降是指電力系統(tǒng)中某點(diǎn)工頻電壓均方根值突然降低至額定電壓的10%～90%，并在短暫持續(xù)10 ms 至1 min 后恢復(fù)正常的現(xiàn)象[1]。引起電壓暫降的原因在于，線路在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)遠(yuǎn)超正常情況的電流，一般是由電網(wǎng)、電力設(shè)施故障（主要是短路），或負(fù)荷突然出現(xiàn)較大變化（如大功率設(shè)備啟動等）引起。雖然電壓暫降的持續(xù)時(shí)間并不很長，但仍可能造成電氣設(shè)備接觸器跳閘、電壓調(diào)整器誤動作、逆變器轉(zhuǎn)換失敗等后果[2]。解決電壓暫降引起的電氣設(shè)備故障，最有效的辦法是增強(qiáng)電氣設(shè)備的抗擾能力，而電壓暫降抗擾度試驗(yàn)的目的則是評價(jià)電氣設(shè)備承受電網(wǎng)電壓暫降的能力。本研究基于日常檢驗(yàn)案例，從測量不確定度主要影響因素的角度，分析試驗(yàn)設(shè)備自身誤差對電壓暫降抗擾度試驗(yàn)結(jié)果造成的影響，為電壓暫降抗擾度試驗(yàn)結(jié)果的可靠性評價(jià)提供指導(dǎo)。

1 電壓暫降測試原理及要求

電壓暫降現(xiàn)象本質(zhì)上是隨機(jī)的，為了在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬，可以用額定電壓的偏離值和持續(xù)時(shí)間進(jìn)行最低限度的表征。常用的電壓暫降試驗(yàn)發(fā)生器有兩種，即采用調(diào)壓器和電子開關(guān)進(jìn)行電壓暫降的試驗(yàn)發(fā)生器和采用功率放大器進(jìn)行電壓暫降的試驗(yàn)發(fā)生器。電壓暫降抗擾度試驗(yàn)的主要依據(jù)是GB/T 17626.11-2008《電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 電壓暫降、短時(shí)中斷和電壓變化的抗擾度試驗(yàn)》[3]。電壓暫降屬于二維的電磁干擾，其等級由剩余電壓和持續(xù)時(shí)間決定，其中剩余電壓一般以相對于基準(zhǔn)電壓的百分比表示。GB/T 17626.11-2008中以設(shè)備的額定工作電壓（UT）為基準(zhǔn)電壓。當(dāng)受試設(shè)備的額定電壓為寬電壓時(shí)，若額定電壓的范圍不超過其低端電壓值的20%，則可在該范圍內(nèi)規(guī)定一個(gè)電壓作為基準(zhǔn)電壓；若額定電壓的范圍超過其低端電壓值的20%，則應(yīng)在額定電壓范圍的最低電壓和最高電壓下進(jìn)行試驗(yàn)[4]。例如，受試設(shè)備的額定電壓為100～240 V，應(yīng)選取100 V 和240 V 兩種電壓作為試驗(yàn)的基準(zhǔn)電壓。受試設(shè)備由電壓暫降試驗(yàn)發(fā)生器供電，試驗(yàn)發(fā)生器的電壓按照試驗(yàn)等級要求進(jìn)行變化。試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使用制造商規(guī)定的最短電源電纜，將受試設(shè)備連接到試驗(yàn)發(fā)生器上進(jìn)行試驗(yàn)。

本研究主要討論醫(yī)用電氣設(shè)備的電壓暫降抗擾度試驗(yàn)，醫(yī)用電氣設(shè)備的電壓暫降試驗(yàn)電平見表1。對于額定輸入功率為1 kVA 或低于1 kVA 的設(shè)備和系統(tǒng)，以及所有生命支持類設(shè)備和系統(tǒng)，應(yīng)在表1規(guī)定的抗擾度試驗(yàn)電平基礎(chǔ)上符合YY 0505-2012《醫(yī)用電氣設(shè)備 第1-2部分 安全通用要求并列標(biāo)準(zhǔn)：電磁兼容 要求和試驗(yàn)》[5]中36.202.1j)的要求。對于額定輸入功率大于1 kVA，且額定輸入電流小于或等于每相16 A 的非生命支持類設(shè)備和系統(tǒng)，只要保證設(shè)備和系統(tǒng)安全，不發(fā)生組件損壞并可通過操作者干預(yù)恢復(fù)到試驗(yàn)前狀態(tài)，則允許在表1規(guī)定的抗擾度試驗(yàn)電平基礎(chǔ)上偏離YY 0505-2012中36.202.1j)的要求。對于額定輸入電流超過每相16 A 的非生命支持類設(shè)備和系統(tǒng)，免于表1規(guī)定的試驗(yàn)。

表1 醫(yī)用電氣設(shè)備電壓暫降的抗擾度試驗(yàn)電平

2 案例分析

2.1 案例描述

某醫(yī)療產(chǎn)品分別使用實(shí)驗(yàn)室兩臺正常使用的試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行電源供電輸入線上的電壓暫降抗擾度試驗(yàn)，出現(xiàn)了試驗(yàn)結(jié)果不一致的現(xiàn)象。該產(chǎn)品的輸入電壓為AC 100～240 V，50/60 Hz，額定輸入電流為2.2 A Max。根據(jù)YY 0505-2012標(biāo)準(zhǔn)的要求，該產(chǎn)品應(yīng)在最小額定輸入電壓和最大額定輸入電壓下進(jìn)行試驗(yàn)，即當(dāng)UT為100 V 和240 V 時(shí)分別進(jìn)行電壓暫降試驗(yàn)。當(dāng)UT為240 V、試驗(yàn)電平為70%UT時(shí)，分別使用試驗(yàn)設(shè)備A 和試驗(yàn)設(shè)備B 進(jìn)行電壓暫降試驗(yàn)，均能正常工作，未出現(xiàn)非預(yù)期的性能降低，試驗(yàn)結(jié)果均合格；而當(dāng)UT為100 V、試驗(yàn)電平為70%UT時(shí)，兩臺設(shè)備的試驗(yàn)結(jié)果不一致。使用試驗(yàn)設(shè)備A 進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，該產(chǎn)品未出現(xiàn)非預(yù)期的性能降低，試驗(yàn)結(jié)果為合格；使用試驗(yàn)設(shè)備B 進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，該產(chǎn)品暫停工作并自動重啟，需要測試人員手動干預(yù)才能恢復(fù)正常工作。根據(jù)YY 0505-2012中36.202.1j)的要求，試驗(yàn)中不允許出現(xiàn)任何預(yù)期運(yùn)行的終止或中斷，因此判定試驗(yàn)結(jié)果為不合格。

2.2 原因分析

從測量不確定度的主要影響因素角度分析，影響電壓暫降抗擾度試驗(yàn)結(jié)果的主要因素包括測試人員、測試環(huán)境和電壓暫降測試系統(tǒng)3方面。由于電壓暫降抗擾度試驗(yàn)主要由測試人員選擇測試標(biāo)準(zhǔn)，通過測試系統(tǒng)控制完成，且測試時(shí)環(huán)境溫、濕度均控制在安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，因此基本可以排除測試人員操作和測試環(huán)境溫、濕度對電壓暫降試驗(yàn)結(jié)果的影響，應(yīng)重點(diǎn)對兩套電壓暫降抗擾度測試系統(tǒng)進(jìn)行分析。又由于兩臺電壓暫降試驗(yàn)發(fā)生器的供電電源相同，因此對試驗(yàn)結(jié)果的分析主要圍繞試驗(yàn)發(fā)生器進(jìn)行。

根據(jù)GB/T 17626.11-2008的要求，試驗(yàn)發(fā)生器空載時(shí)的輸出電壓應(yīng)在±5%剩余電壓值內(nèi)；電壓暫降持續(xù)時(shí)間允許誤差為±10%（來源于校準(zhǔn)證書）。查閱A、B 兩臺試驗(yàn)發(fā)生器的校準(zhǔn)證書，試驗(yàn)輸出電壓和暫降持續(xù)時(shí)間的誤差見表2。由表可知，兩臺試驗(yàn)發(fā)生器的差異主要體現(xiàn)在試驗(yàn)輸出電壓的誤差上，一臺發(fā)生器的誤差為正，另一臺發(fā)生器的誤差為負(fù)。由此分析，兩臺試驗(yàn)設(shè)備出現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果不一致的原因可能是試驗(yàn)設(shè)備A 的試驗(yàn)輸出電壓誤差為正誤差，實(shí)際試驗(yàn)輸出電壓略高于標(biāo)稱值，試驗(yàn)設(shè)備B 的試驗(yàn)輸出電壓誤差為負(fù)誤差，實(shí)際試驗(yàn)輸出電壓略低于標(biāo)稱值，而該產(chǎn)品電壓暫降耐受曲線恰好落于A、B 兩臺試驗(yàn)設(shè)備的試驗(yàn)輸出電壓之間。

表2 兩臺試驗(yàn)發(fā)生器的校準(zhǔn)誤差

由于電壓暫降抗擾度測試系統(tǒng)的使用頻率較高、元器件老化、試驗(yàn)環(huán)境變化等均會造成校準(zhǔn)周期內(nèi)設(shè)備故障或功能降低，因此，為驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，還應(yīng)對A、B 兩臺試驗(yàn)發(fā)生器的試驗(yàn)輸出電壓進(jìn)行核查。核查設(shè)備由電壓暫降試驗(yàn)發(fā)生器、差分探頭（100倍衰減）和示波器組成。按照圖1所示，將相關(guān)設(shè)備進(jìn)行連接，確認(rèn)連接無誤后，根據(jù)GB/T 17626.11-2008進(jìn)行核查，并記錄核查數(shù)據(jù)。

圖1 核查設(shè)備連接圖

由于試驗(yàn)結(jié)果不一致出現(xiàn)在UT為100 V、試驗(yàn)輸出電壓為70%UT時(shí)，因此對70%UT的試驗(yàn)輸出電壓進(jìn)行核查分析。試驗(yàn)時(shí)，將試驗(yàn)發(fā)生器供電電源的輸出電壓調(diào)節(jié)至100.0 V，頻率設(shè)置為50 Hz（根據(jù)GB/T 17626.11-2008的要求，電源電壓應(yīng)在2%的準(zhǔn)確度之內(nèi)，頻率在額定頻率±2%以內(nèi)）。核查結(jié)果見表3和圖2、3。

表3 核查結(jié)果

圖2 試驗(yàn)設(shè)備A 額定輸出電壓結(jié)果

圖3 試驗(yàn)設(shè)備B 額定輸出電壓結(jié)果

2.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

兩臺試驗(yàn)設(shè)備的核查結(jié)果均為正常，試驗(yàn)輸出電壓和電壓暫降持續(xù)時(shí)間均在標(biāo)準(zhǔn)允許的誤差范圍內(nèi)，與校準(zhǔn)證書基本吻合，試驗(yàn)設(shè)備A 的試驗(yàn)輸出電壓存在正偏差，試驗(yàn)設(shè)備B 的試驗(yàn)輸出電壓存在負(fù)偏差，再次驗(yàn)證了兩臺試驗(yàn)設(shè)備出現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果不一致現(xiàn)象的原因。為了進(jìn)一步評估該產(chǎn)品的電壓暫降抗擾度，將試驗(yàn)發(fā)生器供電電源的輸出電壓由100.0 V 調(diào)節(jié)至101.1 V（仍在2%的準(zhǔn)確度之內(nèi)），使試驗(yàn)設(shè)備B 在70%UT試驗(yàn)電平時(shí)的輸出恰好為70 V 時(shí)，對該產(chǎn)品進(jìn)行多次試驗(yàn)均未出現(xiàn)非預(yù)期的性能降低，試驗(yàn)結(jié)果為合格?；谠摦a(chǎn)品，通過對開關(guān)電源儲能電容的充、放電過程進(jìn)行分析，考慮可以提高開關(guān)電源的儲能電容容量，以保證電源輸出端在放電過程中保持持續(xù)的電流，進(jìn)而提高該產(chǎn)品的電壓暫降抗擾能力。

3 小結(jié)

電壓暫降抗擾度試驗(yàn)應(yīng)使用高精度和高穩(wěn)定度的供電電源，同時(shí)應(yīng)關(guān)注電壓暫降試驗(yàn)發(fā)生器的準(zhǔn)確度。在該試驗(yàn)中，兩臺電壓暫降試驗(yàn)發(fā)生器的誤差分別為正誤差和負(fù)誤差，受試設(shè)備門限電壓恰好落在電壓暫降抗擾度試驗(yàn)的誤差范圍內(nèi)，可能會出現(xiàn)兩臺試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)結(jié)果不一致的問題。從不確定度分析的角度考慮，電壓暫降需要關(guān)注試驗(yàn)發(fā)生器額定輸出電壓為負(fù)誤差對試驗(yàn)結(jié)果帶來的影響，試驗(yàn)時(shí)可稍微調(diào)高試驗(yàn)發(fā)生器的供電電源電壓，使試驗(yàn)發(fā)生器的試驗(yàn)輸出電壓等于標(biāo)稱值，驗(yàn)證受試設(shè)備是否合格。針對這類電壓暫降的門限電壓較為臨界的產(chǎn)品，我們建議對產(chǎn)品進(jìn)行整改，以提高抗擾度裕量，保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品量產(chǎn)中差異帶來的不合格風(fēng)險(xiǎn)。