Испытание существующего оборудования без средств защиты серией импульсов с последовательно возрастающей амплитудой импульсов от 20 % максимально возможного уровня до 100 %. Целью испытания являются:
• поиск наиболее чувствительного к ЭМИ вида (или видов) оборудования;
• определение максимального значения амплитуды ЭМИ, выдерживаемого без повреждений самой аппаратурой, с целью последующего расчета требуемого уровня дополнительной защиты, дополняющей ослабление, вносимое самой аппаратурой, до уровня, регламентируемого стандартом.
В связи с опасностью наличия «мягких» повреждений в сложной микропроцессорной электронной аппаратуре после воздействия на нее испытательного импульса, даже в том случае, если в процессе тестирования не будет зафиксировано видимых повреждений или сбоев в ее работе непосредственно в процессе проверки, необходимо подвергнуть ее тщательной полной проверке на функционирование после проведения испытаний. В этой связи испытание с целью определения требуемого уровня дополнительной защиты должно сопровождаться тестированием на функционирование после каждого уровня воздействия ЭМИ. Несомненно, это значительно усложняет испытание, так как после каждого импульса с более высокой амплитудой испытуемый объект должен быть подвергнут функциональному тестированию, а для этого к ИО после каждого цикла испытаний должны быть подключены тестовые системы. Упростить процесс испытаний можно, если использовать мобильные программируемые тестовые системы и заранее запрограммировать их для требуемого функционального тестирования. Такие системы выпускаются компаниями DOBLE, ISA, Omicron, Megger и др. и широко применяются в защите.
Как правило, электронное оборудование с датчиками МЭМС расположено не в металлических шкафах, а в неэкранированном виде в кирпичных или бетонных зданиях, несущественно ослабляющих воздействие ЭМИ, это означает, что в реальных условиях различные элементы общей системы будут подвергнуты различным по интенсивности электромагнитным воздействиям.
Еще одна особенность ЭМИ, которую следует учитывать при испытаниях, – наличие не только вертикальной составляющей электромагнитного поля направленного действия, но и значительной горизонтальной составляющей этого поля. Поэтому при расположении элементов испытуемой системы между нижней и верхней сетками излучающей антенны испытательного стенда необходимо устанавливать их под определенным углом к поверхности земли, с тем чтобы обеспечить воздействие на них обеих этих составляющих.
При испытаниях должны быть предусмотрены средства фиксации изменения параметров ИО в процессе воздействия ЭМИ (расположенные, естественно, в защищенной зоне). В качестве таких средств могут быть использованы внешние самописцы, запоминающие импульсные осциллографы с автоматически запускаемым триггером, а также параллельно с этим и собственные встроенные в ИО регистраторы аварийных событий.
В зависимости от выбранной цели испытания система должна быть снабжена теми или иными средствами защиты: специальными фильтрами, ограничителями перенапряжений, экранированными кабелями и т. п. – или не иметь никаких специальных средств защиты.
Для электронных систем, расположенных в капитальных железобетонных или кирпичных зданиях, снабженных защитой от молний, без специальных защитных фильтров может быть выбрана концепция номер 2b. Этой концепцией предусматривается ослабление конструкцией здания уровня ЭМИЗ на 20 дБ в полосе частот 100 кГц…30 МГц. Для выбранной концепции и компонента Е1 напряженность электрического поля излучения, воздействующего на испытуемый объект, устанавливается 5 кВ/м (уровень R4), напряженность магнитного поля 13,3 А/м. Для сравнения: для деревянных зданий, не ослабляющих ЭМИЗ, напряженность электрического поля составляет 50 кВ/м (уровень R7). Для той же концепции и компонента Е2 напряженность электрического поля устанавливается 10 В/м, магнитного поля – 0,08 А/м. Параметры импульса ЭМИЗ описаны в стандартах 61000–2–9, 61000–2-10, 61000–2-11, MIL-STD-461F: время нарастания импульса (передний фронт) 2,5 нс, ширина импульса 25 нс.
На следующем этапе выбирается уровень испытательного воздействия для КИВ в соответствии со стандартом 61000–4-25. Для выбранной концепции номер 2b и при наличии подключенных к рассматриваемому объекту не заглубленных в грунт проводов выбирается уровень испытательного воздействия Е8 (для обеспечения нормальной 50 %-ной вероятности устойчивости объекта) или Е9 (для 99 %-ной вероятности). Уровень Е8 предполагает устойчивость испытуемого объекта к импульсному напряжению 8 кВ, а уровень Е9–16 кВ. Вероятность 50 % считается в стандарте нормальной и может применяться для гражданской аппаратуры. Под испытательным импульсом напряжения КИВ подразумевается так называемый Electrical Fast Transient (EFT) – быстрый импульс, параметры которого (кроме амплитуды испытательного напряжения) и методика испытаний описаны в стандарте IEC61000–4–4.
Ранее генераторы EFT с требуемым уровнем выходного напряжения 8 кВ выпускались компаниями TESEQ, Kentech Instruments Ltd. и Thermo Electron Corp на основе вакуумного управляемого разрядника, формировавшего тестовые импульсы. С появлением мощных полупроводниковых коммутирующих элементов (IGBT-транзисторов) выпуск генераторов на вакуумных разрядниках был прекращен всеми этими тремя компаниями, поскольку импульсы, формируемые транзисторами, оказались намного более стабильными и «правильными», чем импульсы, формируемые вакуумным разрядником. К сожалению, одновременно с повышением стабильности генерируемых импульсов пришлось снизить их амплитуду. Но ни один из выпускаемых генераторов EFT не удовлетворяет полностью требованиям стандартов по амплитуде импульса (8 кВ). Наиболее близкой амплитудой к требуемому значению амплитуды импульса обладает генератор типа PEFT8010.
Допустимый для данного типа ИО и для данного типа испытаний вид реакции на электромагнитные воздействия (во время и после испытания) называется критерием качества функционирования (ККФ).
Такими реакциями могут быть:
• графические искажения на дисплее ИО, мигание или погасание экрана;
• отображение на экране неверных данных;
• искажение или потеря сигналов или данных;
• нарушение функционирования или полная потеря каналов связи;
• ложное срабатывание датчиков;
• ложная активация систем;
• резкое снижение способности систем к обработке и передаче информации, а также неправильное ее функционирование;
• сбои в работе программного обеспечения;
• зависание системы;
• автоматическая перезагрузка компьютеризированной системы;
• полный отказ функционирования системы вследствие повреждения источника;
• отказ элементов источника питания или перегорания предохранителей в цепях питания;
• физическое разрушение внутренних электронных компонентов ИО.
В базовом стандарте IEC 61000–4-25 предложены лишь пять типов ККФ, обобщающих перечисленные выше реакции ИО:
а) нормальное функционирование в соответствии с установленными нормами;
б) временное ухудшение качества функционирования или прекращение выполнения установленной функции с последующим восстановлением нормального функционирования, без вмешательства оператора;
в) временное ухудшение качества функционирования или прекращение выполнения установленной функции, восстановление которых требует вмешательства оператора или перезагрузки системы;
г) ухудшение качества функционирования или прекращение выполнения установленной функции, которые не могут быть восстановлены оператором из-за потери данных или повреждения оборудования;
д) ухудшение качества функционирования, которое может повлечь за собой возникновение опасности для персонала, к примеру пожар.
В связи со сложностью и высокой стоимостью проведения испытаний оборудования на стойкость к ЭМИ испытаниям должны быть подвергнуты лишь некоторые виды оборудования, нарушение работоспособности которых может привести к крупным авариям. Планирование испытаний электронного оборудования энергосистем на устойчивость к ЭМИ должно начинаться с четкого и понятного формулирования цели испытаний, которых может быть несколько.
Электронное оборудование энергосистем должно испытываться не в виде отдельных изделий, а в виде системы, включающей несколько электронных устройств (как минимум два), объединенных системой связи между ними, общей системой заземления, общим источником питания, источниками управляющих сигналов и т. п. При планировании испытания должны быть составлена функциональная схема