淺談電子式電能表的電磁兼容性

楊華

1 電磁兼容的含義

電磁兼容（EMC）：一般指電氣電子設備在共同的電磁環境中能執行各自功能的共存狀態，即要求在同一電磁環境中的上述各種設備都能正常工作又互不干擾，達到“兼容”狀態。

電磁干擾（EMI）：與電磁兼容恰恰相反，是指電磁騷擾引起的設備、傳輸通道或系統性能的下降。

2 電子式電能表的電磁兼容設計

通常EMC設計成本只占總開發成本的5%左右，如果人們在產品設計初期就進行EMC設計的話，只要適當的選擇元器件和材料，在每臺售出設備上附加的元件成本通常就很少，在批量生產情況下，甚至可以忽略不計。所以，任何電子產品包括電子式電能表在設計初期，首先進行EMC設計是十分必要的。

電子式電能表中“地”的作用主要是指為電荷的瀉放提供一個通路，這個“地”一般與真正的大地連接，如外殼接地。外殼實際上為一屏蔽體，當電子式電能表工作時，由于電路通過了不規則、不連續的信號會在外殼上產生電荷，如果不接地或接地不佳，電荷的瀉放回路不通暢，會在外殼上形成電荷累計效應，產生電磁場對內部電路造成干擾。事實證明接地是電子式電能表的電磁兼容設計工作所必須的技術措施。

濾波是壓縮信號回路干擾頻譜的一種方法。濾波器對于那些與有用信號頻率不同的干擾信號有很強的抑制作用，借助濾波器可明顯減少傳導性干擾的電平。在電子式電能表的電源輸入端接上濾波器，可以抑制來自電網的噪聲對電源本身的侵害，也可以抑制由開關電源產生并向電網反饋的干擾。因此，電源濾波器作為抑制電源線傳導干擾的重要單元，在電子式電能表的電磁兼容設計中具有極其重要的作用。

屏蔽是通過各種屏蔽材料吸收及反射外來電磁能量來防止外來干擾的侵入或將設備輻射的能量限制在一定的區域內，以防止干擾其他設備。其目的是切斷電磁波的傳播途徑。大部分電磁兼容問題都可以通過電磁屏蔽來解決，并且用電磁屏蔽的方法解決電磁干擾問題不會影響電路的正常工作。在設計電能表的過程中，應對表的外殼采取合理的屏蔽，給表的外部線路加上耦合裝置。因此，屏蔽是提高電子式電能表電磁兼容問題的重要且有效的手段之一。

3 電子式電能表的電磁兼容試驗

判斷電子式電能表是否能夠達到電磁兼容水平，無疑是要進行電磁兼容性試驗。電子式電能表的電磁兼容試驗項目主要包括靜電放電抗擾度試驗（ESD）、電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗（EFT）、浪涌（沖擊）抗擾度試驗（SURG）。

3.1 靜電放電抗擾度試驗

（1）靜電放電：具有不同靜電電位的物體互相靠近或直接接觸引起的電荷轉移。

（2）產生的原因：合成纖維與干燥的氣候相結合是產生靜電放電的重要因素。通過摩擦或感應等因素使人體積累了靜電，當帶有靜電的人積累足夠的靜電荷與電子式電能表接觸的過程中，就可能產生靜電放電。

（3）試驗目的：主要模擬操作人員或物體在接觸電子式電能表時的放電和人或物體對鄰近電子式電能表的放電。

（4）試驗條件：儀表為非工作條件下，電壓線路、電流線路和輔助線路不應通電，所有電壓端及輔助接線端連接在一起，電流端開路；儀表在工作條件下，電壓線路和輔助線路加參比電壓，電流端應開路。試驗電壓要逐步按上升到被測表標準規定的等級，主要是避免高電壓下通過，而低電壓下不通過的怪現象。

（5）試驗結果評價：在靜電放電的作用下，儀表不應出現損壞或信息的改變，計度器不應產生大于XkWh的變化。

X=10-6×m×Un×Imax

（m：測量單元數；Un：參比電壓；Imax：最大電流）

3.2 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗

（1）脈沖群：一串數量有限的清晰脈沖或一個持續時間有限的振蕩。

（2）產生的原因：電路中機械開關對電感性負載的切換。

（3）試驗目的：就是模擬電網中機械開關切換時對電子式電能表進行干擾，看它是否能夠經受得起。

（4）試驗條件：儀表在基本電流Ib（或額定電流In），功率因素為1的狀態下，施加在電壓和電流線路上的試驗電壓為2kV（參比電壓超過40V的輔助線路試驗電壓1kV）；在電流線路無電流，電壓線路和輔助線路加參比電壓時，對電流和電壓線路施加試驗電壓4kV。

（5）試驗結果評價：在脈沖群的作用下，儀表不應出現損壞或信息的改變，計度器不應產生大于10倍XkWh的變化。

3.3 浪涌（沖擊）抗擾度試驗

（1）浪涌：沿線路傳送的電流、電壓或功率的瞬態波，其特征是先快速上升后緩慢下降。

（2）產生的原因：a直接雷擊于外部電路（戶外），注入的大電流流過接地電阻或外部電路阻抗而產生電壓；b附近直接對地放電的雷電入地電流耦合到設備組接地系統的公共接地路徑；c主電源系統切換騷擾；d配電系統內在儀器附近的輕微開關動作和電荷變化；e與開關裝置有關的諧振電路；f各種系統故障（對設備組接地系統的短路和電弧故障）。

（3）試驗目的：評定電能表的電源線、通信線路在遭受高能量浪涌脈沖騷擾時的抗擾能力。

（4）試驗條件：施加在電壓線路各端與地之間（共模方式）的試驗電壓為4kV；施加在電壓線路各端之間（差模方式）的試驗電壓為2kV。

（5）試驗結果評價：在浪涌的作用下，儀表不應出現損壞或信息的改變，計度器不應產生大于XkWh的變化。

4 結束語

電能表作為我們國家重點管理，用于貿易結算的計量器具，其計量準確與否直接影響著交易雙方的經濟利益，因此它的質量好壞是國計民生的大事。也就是說，它的電磁兼容性的優劣一直備受人們關注。所以，為了保證電子式電能表具有良好的電磁兼容性，不僅要在設計階段進行電磁兼容設計，而且還要運用各種模擬干擾波形的測試儀器進行電磁兼容試驗。