电气火灾监控系统产品的电磁兼容性能设计

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1、电气火灾监控系统产品的电磁兼容性能设计　　摘要本文介绍了电气火灾监控系统的系统组成和主要功能，以及产品标准中各项电磁兼容试验及其技术要求。本文从产品硬件开发的角度给出了应对不同类型电磁干扰的设计思路，同时对产品的软件设计提出了合理化建议，以有效应对不同类型的电磁兼容试验。　　【关键词】电气火灾型式试验电磁兼容EMC硬件设计　　1电气火灾监控系统产品的EMC性能要求　　电气火灾监控系统主要由电气火灾监控设备和各类电气火灾监控探测器组成，其作为火灾自动报警系统的重要组成部分，对于预防电气火灾事故的发生起到重要的作用。其中，监控设备主要用于接收探测器工作状态和采样信号，显

2、示系统报警信息。各类探测器根据其测量物理参数的不同，分为剩余电流式、测温式、故障电弧式和热解粒子式等探测器，主要用于测量配电线路中与电气火灾成因相关的各类物理量，并实时向监控设备发送工作状态和测量数据。　　2014年国家颁布实施了新版的GB14287-2014《电气火灾监控系统》系列标准，其中每部分标准分别对应于监控系统中的一种类型产品。GB14287-2014系列标准对产品的电磁兼容性能提出了较高的技术要求，针对产品实际应用制定了多项电磁兼容性能试验，用于测试产品对各类电磁干扰信号的抑制能力。产品标准中规定，在电磁兼容试验期间，试验样品应保持正常工作状态，不得出现

3、误报警、系统重启、显示或通讯失灵等情况发生。因此，制造商在产品设计开发的最初阶段，就需要针对不同类型的电磁干扰建立合理的设计方案，以保证顺利通过型式试验。　　2EMC试验项目及其应对策略　　表1给出了型式试验中的电磁兼容及电源波动试验项目，其主要参考依据为GB/T17626系列标准。　　2.1静电放电抗扰度试验（ESD）　　静电放电抗扰度试验（ESD）主要考察产品对来自使用者的静电放电，或者当邻近物体发生静电放电现象时，产品工作的可靠性。产品标准中规定的严酷等级为：接触放电电压6KV，空气放电电压8KV。静电放电不仅能够将干扰电流从金属部件注入产品电路内部，其产生的

4、高频干扰信号也会耦合进入电路并影响其工作状态。一般的设计方案是在产品的电源、I/O口和接地端之间连接一对快速、低容量的二极管，或直接并联更为高效的瞬态抑制二极管（TVS）。建议在使用TVS管的同时再增加1个或多个高频旁路电容器，放置在易损元件的电源和地之间。其次，电路的电源端应避免产生较大的电感，从而影响滤波电路对脉冲电流的防护。产品金属外壳的有效接地至关重要，其电源地、信号地和金属外壳应连接在一起形成系统接地。??外壳由多块金属结构件组成时，应保证金属壳体的连续接地。　　2.2电快速瞬变脉冲群抗扰度试验（EFT）　　电快速瞬变脉冲群抗扰度试验（EFT）是模拟供电网

5、络中感性负载在断开时，由于开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因在断开处产生的瞬态骚扰。产品标准中规定，对电源端口的骚扰脉冲幅值电压为2KV，对I/O口的骚扰脉冲幅值电压为1KV。由于EFT骚扰信号能量小，信号频率固定。因此，该试验对于产品一般不会造成永久性损坏。但当脉冲信号群进入电路内部对其结电容持续充电，能量积累到一定程度后，还是会引起电路中控制单元的误动作或触发错误的IC片选信号导致故障发生。对于电源端的脉冲骚扰，一般选择在电源入口处加入铁氧体磁环或共模电感。对于通讯或采样功能的I/O信号端口，建议再加入信号滤波器，以防止骚扰信号进入电路内部的信号处理单元。　

6、　2.3浪涌（冲击）抗扰度试验　　浪涌（冲击）抗扰度试验主要模拟供电网络中大电容器件的开关，以及雷电瞬态过电压引起的单极性浪涌电压冲击。试验采用注入方式、通过耦合/去耦网络对产品的交流电源线和其他外部连接线进行浪涌冲击干扰。浪涌试验的冲击能量大，很容易造成电路内部器件的击穿损坏。一般的应对策略是，使用压敏电阻、TVS管、气体放电管等专门的浪涌抑制器件，或者多种器件配合使用以达到更好的浪涌抑制效果。　　压敏电阻所能承受的峰值电流较大，但由于钳位电压较高一般只适用于直流电源线和低频信号线。TVS管的钳位电压性能良好，但其承受电流能力较弱，一般不用于高频通讯线路上，建议与

7、其他大功率浪涌器件配合使用，作为后一级防护器件。气体放电管的承受电流很高，钳位电压很低，但响应时间较长。如果线路的工作电压较高，会导致放电管工作时间延长，从而影响使用寿命。对于交流电源线路，一般将压敏电阻串联气体放电管组成浪涌抑制网络，同时在后端加入低通滤波器来消除残余脉冲。此外，还应保证产品本身良好的接地。　　2.4射频电磁场辐射抗扰度、射频场感应的传导骚扰抗扰度和工频磁场抗扰度试验　　射频电磁场和射频场感应的传导骚扰抗扰度试验主要模拟产品处于空间电磁场辐射下，以及电源线或其他外部线路与电磁场耦合所产生的电磁干扰。前一项试验在微波暗室中、通过发射天线对产品进行