中心議題：
- 討論電子式電能表的絕緣性能對EMC抗擾度試驗(yàn)的影響及改進(jìn)措施
- 進(jìn)行各項(xiàng)EMC抗擾度試驗(yàn)，達(dá)到事半功倍的效果
解決方案：
- 增大間隙或爬電距離能使電能表的絕緣性能符合要求
- 選用質(zhì)量好的變壓器
- 簡化脈沖輸出電路，去掉多余部分電路
引 言
電子式電能表(或稱靜止式電能表，以下簡稱電能表)絕緣性能和電磁兼容性能的好環(huán)，直接關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)的安全以及電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，因此，在國家標(biāo)準(zhǔn)中列為必須進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目。我們在電能表性能試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，有相當(dāng)數(shù)量的試驗(yàn)樣品當(dāng)其絕緣性能不符合要求時(shí)，對其進(jìn)行EMC電磁兼容性能試驗(yàn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。本文就此現(xiàn)象進(jìn)行分析并提出為消除這種影響而采取的措施，同時(shí)提出一個(gè)優(yōu)先選擇的試驗(yàn)順序。
技術(shù)要求
GB／T 17215—20020級和2級靜止式交流有功電能表》對絕緣性能的基本要求是：電子式電能表屬于Ⅱ類防護(hù)絕緣包封儀表，采用絕緣材料表殼，無保護(hù)接地措施。其額定輸人電壓≤300V時(shí)，試驗(yàn)脈沖電壓為6kV。電路結(jié)構(gòu)最小間隙允許3．Omm；最小爬電距離6．3mm(室內(nèi)儀表)和lOmm(室外儀表)[1]。
絕緣性能對EMC抗擾度試驗(yàn)的影響
a.對電快速瞬變脈沖群試驗(yàn)影響
電能表性能試驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)凡絕緣性能不能通過6kV沖擊電壓試驗(yàn)的樣品，絕大多數(shù)通不過4kV脈沖群試驗(yàn)。通過分析和對比試驗(yàn)，我們認(rèn)為這種通不過，并不是由于電能表本身的原理設(shè)計(jì)問題，而是源于一個(gè)簡單的、被忽視的事實(shí)— — 帶電元器件空間間隙或印制電路板布線爬電距離不夠造成的，是電路設(shè)計(jì)缺陷和制造工藝問題。從而造成試驗(yàn)時(shí)脈沖群試驗(yàn)設(shè)備保險(xiǎn)絲燒壞，試驗(yàn)無法進(jìn)行。
b.對浪涌試驗(yàn)的影響
其現(xiàn)象和產(chǎn)生原因同脈沖群試驗(yàn)。但由于電浪涌比群脈沖波具有更高的沖擊能量，因此在對脈沖群試驗(yàn)不產(chǎn)生影響的場合，也可能對浪涌試驗(yàn)產(chǎn)生影響。
c.對靜電放電試驗(yàn)的影響
在電能計(jì)量器具的性能試驗(yàn)中，曾發(fā)現(xiàn)過因絕緣問題而導(dǎo)致靜電放電試驗(yàn)[2]通不過的例子(見表1)。
d. 對電壓跌落試驗(yàn)的影響
在我們的試驗(yàn)中，尚未發(fā)現(xiàn)由于絕緣問題而導(dǎo)致電壓跌落試驗(yàn)不能進(jìn)行或通不過的例子，但理論分析表明：存在絕緣問題的電能表，有可能改變跌落波波形，這直接導(dǎo)致了實(shí)際跌落試驗(yàn)波形不符合要求，從而帶來試驗(yàn)的復(fù)現(xiàn)性和一致性問題。
原理性分析
(1)6kV沖擊電壓試驗(yàn)是為了確定電能表經(jīng)受短時(shí)高壓沖擊而不損壞的能力。試驗(yàn)?zāi)康囊环矫媸腔颈ＷC變壓器(含電壓互感器、電流互感器)的初、次級間，及其繞組匝間或?qū)娱g的絕緣質(zhì)量，另一方面是基本保證在正常工作中連接到電網(wǎng)不同相位導(dǎo)線的儀表的不同線路間的絕緣，這些線路是可能發(fā)生過電壓的。6kV沖擊電壓試驗(yàn)是直接施加在電壓線圈兩端的，以此檢驗(yàn)電能表電壓線圈絕緣是否合格；同時(shí)脈沖電壓也會(huì)耦合到變壓器次級，形成對電能表低壓電路的瞬態(tài)干擾。沖擊電壓試驗(yàn)過程中要求儀器不應(yīng)產(chǎn)生飛弧、擊穿放電現(xiàn)象。其試驗(yàn)波形：按GB／T 16927．1《高壓試驗(yàn)技術(shù)》規(guī)定為1．2／5Otis脈沖；試驗(yàn)電壓等級為6kV[3]。
(2)電浪涌現(xiàn)象通常是指開關(guān)操作(包括設(shè)備和系統(tǒng)對地短路、飛弧故障)或雷擊(含避雷器動(dòng)作)會(huì)在電網(wǎng)或通信線上產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓或過電流。試驗(yàn)時(shí)通過耦合／去耦網(wǎng)絡(luò)施加到電能表的被測端口。GB／T 17626．5規(guī)定了浪涌的試驗(yàn)波形參數(shù)按GB／T16927．1規(guī)定的1．2／5Oμs開路電壓波和8／20μs短路電流波[4]。
比較上述兩項(xiàng)試驗(yàn)，可見：二者試驗(yàn)?zāi)康牟煌囼?yàn)電壓施加方式不同，試驗(yàn)電壓等級前者為6kV，后者為4kV；浪涌試驗(yàn)還對短路電流波形有要求。其共同點(diǎn)是試驗(yàn)電壓波形是一樣的。而且直接施加在電能表電壓線圈兩端的6kV瞬態(tài)沖擊電壓也會(huì)耦合到變壓器次級，形成浪涌試驗(yàn)的部分效果。
(3)電快速瞬變脈沖群試驗(yàn)是模擬電感性負(fù)載快速接通和斷開，或觸點(diǎn)彈跳時(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)騷擾，這種暫態(tài)騷擾以脈沖群形式出現(xiàn)。GB／T 17626．4規(guī)定了試驗(yàn)波形和試驗(yàn)等級l5]。由于電能表電壓和電流線路要承受幅度為4kV，持續(xù)時(shí)間60s的脈沖群試驗(yàn)，因此可以預(yù)見，絕緣強(qiáng)度不合格的電能表引起的內(nèi)部放電、飛弧，擊穿會(huì)造成該項(xiàng)試驗(yàn)不合格。
改進(jìn)措施和試驗(yàn)結(jié)果
a.問題產(chǎn)生原因
由于市場對電子式電能表的功能要求不斷增加，因此新技術(shù)、新型電子元器件更新速度很快，電路板設(shè)計(jì)不斷更新，不少廠家對其性能尚未完全掌握。在電子式電能表新產(chǎn)品試制過程中，絕緣問題是普遍存在的；主要表現(xiàn)形式有以下幾種：(a)線路板布線爬電距離不夠(多見于光耦輸入／輸出部分及周圍電路)；(b)連線間絕緣不符合要求，焊接點(diǎn)質(zhì)量不高，焊錫堆積，形成尖峰放電。(c)帶電元器件空間距離不夠，形成尖端放電；(d)變壓器自身絕緣不符合要求；(e)脈沖輸出電路過于復(fù)雜且不符合要求。以上以(a)情況較為多見。就絕緣性能而言，上述5種情況都可歸結(jié)為間隙或爬電距離不夠。
b.改進(jìn)措施
(1)對于(a)情形，改進(jìn)印制板布線；相關(guān)區(qū)域增大間距，增大爬電距離。
(2)對于(b)情形，加強(qiáng)連線絕緣強(qiáng)度或增大間距，提高焊接點(diǎn)焊接質(zhì)量。
(3)對于(c)情形，增大元器件間的空間距離。
(4)對于(d)情形，選用質(zhì)量好的變壓器。
(5)對于(e)情形，簡化脈沖輸出電路，去掉多余部分電路(含元件)。
c.試驗(yàn)結(jié)果
部分典型實(shí)例和試驗(yàn)結(jié)果列于表1。
結(jié)束語
我們對國內(nèi)眾多電能表生產(chǎn)廠家的試驗(yàn)樣品進(jìn)行的成功整改說明，大多數(shù)情況下，國產(chǎn)電子式電能表在通過了試驗(yàn)成本相對較低的脈沖電壓試驗(yàn)后，許多即可達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求的電磁兼容性能指標(biāo)。
因此，電子式電能表及其類似產(chǎn)品進(jìn)行定型鑒定、樣機(jī)性能試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)程序可以優(yōu)化為：首先通過6kV脈沖電壓試驗(yàn)，再進(jìn)行各項(xiàng)電磁兼容性能試驗(yàn)，可以節(jié)約時(shí)間、人工、儀器設(shè)備消耗等試驗(yàn)成本，取得事半功倍的效果。
