आईईसी 61000-4-5

आईईसी 61000-4-5 अंतर्राष्ट्रीय इलेक्ट्रोटेक्निकल कमीशन द्वारा सर्ज इम्युनिटी पर अंतर्राष्ट्रीय मानक है। विद्युत संस्थापन में, विद्युत् और डेटा लाइनों पर विघटनकारी वोल्टेज स्पाइक दिखाई दे सकते हैं। उनके स्रोतों में विद्युत् प्रणाली में अनपेक्षित लोड स्विचिंग और दोष साथ ही अप्रत्यक्ष विद्युत् की हड़ताल से प्रेरित विद्युत् के परिवर्तन सम्मिलित हैं (प्रत्यक्ष विद्युत् इस मानक में सीमा से बाहर है)। इसके लिए इलेक्ट्रिकल या इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में सर्ज इम्युनिटी का परीक्षण आवश्यक हो जाता है। आईईसी 61000-4-5 परीक्षण सेट-अप, प्रक्रियाओं और वर्गीकरण स्तरों को परिभाषित करता है।

विशेष रूप से, यह प्रयोगशाला परीक्षण के लिए आवश्यक सर्ज वोल्टेज और धारा तरंग रूपों को मानकीकृत करता है, जिसमें 1.2/50-8/20 μs आवेग सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला सर्ज तरंग है। यद्यपि यह मानक संपूर्ण प्रणाली स्तर पर उपकरणों के परीक्षण के लिए डिज़ाइन किया गया है, न कि व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरणों के लिए, व्यवहार में इस सर्ज तरंग का उपयोग प्रायः क्षणिक वोल्टेज सप्रेसर्स (टीवीएस), गैस डिस्चार्ज ट्यूब (जीडीटी), मेटल ऑक्साइड वैरिस्टर ( MOV), और अन्य सर्ज सुरक्षा उपकरण आदि।

धारा संस्करण तीसरा संस्करण (2014) है, जिसे 2017 में संशोधित किया गया है।

परीक्षण व्यवस्था
इस मानक में दो प्रमुख घटकों को परिभाषित किया गया है: परीक्षण स्तर और प्रकार के आधार पर दो प्रकार के कॉम्बिनेशन तरंग जेनरेटर (सीडब्ल्यूजी) और विभिन्न कपलिंग/डिकॉउलिंग नेटवर्क (सीडीएन) है।

सबसे पहले, कॉम्बिनेशन तरंग जेनरेटर मानकीकृत आवेग जनरेटर है (कभी-कभी इसे लाइटनिंग सर्ज जनरेटर के रूप में भी जाना जाता है), इसका उपयोग प्रयोगशाला स्थितियों के अंतर्गत सिम्युलेटेड, मानक वोल्टेज और धारा सर्ज उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। इसके पश्चात, युग्मन नेटवर्क के माध्यम से स्पाइक को डिवाइस-अंडर-परीक्षण (डीयूटी) के पोर्ट में प्रेषित किया जाता है। अंत में, परीक्षण के समय विद्युत् व्यवस्था के माध्यम से अन्य उपकरणों तक पहुंचने से रोकने के लिए, विद्युत् लाइन और डीयूटी के मध्य डिकूप्लिंग नेटवर्क भी उपयोग किया जाता है।

सर्ज तरंगफॉर्म
कॉम्बिनेशन तरंग जेनरेटर के लिए आवश्यक है कि आउटपुट फ्लोटिंग होना आवश्यक है, और सकारात्मक और नकारात्मक दोनों आवेग उत्पन्न करने में सक्षम हो। इसकी पुनरावृत्ति दर प्रति 60 सेकंड में कम से कम एक आवेग होनी चाहिए।

स्पाइक को कॉम्बिनेशन तरंग जेनरेटर के ओपन-परिपथ वोल्टेज और शॉर्ट-परिपथ धारा तरंगफॉर्म द्वारा परिभाषित किया गया है, जो फ्रंट समय, अवधि और पीक वैल्यू द्वारा विशेषता है। ओपन परिपथ आउटपुट के साथ, सर्ज वोल्टेज के रूप में डबल एक्सपोनेंशियल पल्स के $$k(e^{-\alpha t}-e^{-\beta t})$$ रूप में होता है, शॉर्ट परिपथ आउटपुट के साथ, सर्ज धारा तरंगफॉर्म नम साइन तरंग है। पीक ओपन-परिपथ वोल्टेज और पीक शॉर्ट-परिपथ धारा के मध्य का अनुपात 2 है, जो 2 Ω का प्रभावी आउटपुट प्रतिबाधा देता है।

सामान्यतः, वोल्टेज तरंग में 1.2 μs का फ्रंट समय और 50 μs की अवधि होती है, और धारा तरंग में 8 μs का फ्रंट समय और 20 μs की अवधि होती है। यह अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला सर्ज तरंगफॉर्म है, जिसे प्रायः 1.2/50-8/20 μs सर्ज के रूप में जाना जाता है।

वैकल्पिक रूप से, उच्च वृद्धि स्तर का अनुभव करने वाले बाहरी दूरसंचार नेटवर्क के लिए, मानक 10/700 μs वोल्टेज तरंग और 5/320 μs धारा तरंग के साथ अधिक ऊर्जावान जनरेटर को भी परिभाषित करता है।

फ्रंट समय और अवधि को सीधे नहीं मापा जाता है, किंतु माप से प्राप्त आभासी पैरामीटर के रूप में मापा जाता है। ओपन-परिपथ वोल्टेज के लिए, फ्रंट समय को 30% -90% वृद्धि समय के 1.67 गुना के रूप में परिभाषित किया गया है, अवधि को इसके बढ़ते किनारे के 50% बिंदु और इसके गिरते किनारे के 50% बिंदु के मध्य के समय अंतराल के रूप में परिभाषित किया गया है। शॉर्ट-परिपथ धारा के लिए, फ्रंट समय को 10% -90% वृद्धि समय के 1.25 गुना के रूप में परिभाषित किया गया है, अवधि को इसके बढ़ते किनारे के 50% बिंदु और इसके गिरते किनारे के 50% बिंदु के मध्य 1.18 गुना समय अंतराल के रूप में परिभाषित किया गया है।

जनरेटर के आउटपुट पर, शून्य से नीचे 30% ओवरशूट (सिग्नल) की अनुमति है। कपलिंग नेटवर्क के आउटपुट पर कोई ओवरशूट या ओवरशूट सीमा नहीं है।

आईईसी 60060-1
यह ध्यान देने योग्य है कि 1.2/50 μs वोल्टेज और 8/20 μs धारा आवेग दोनों क्लासिक तरंगफॉर्म हैं, जिनका विद्युत ऊर्जा संचरण के लिए उच्च-वोल्टेज परीक्षण में उपयोग का सुस्थापित इतिहास है। इस प्रकार, इन तरंगरूपों को आईईसी 60060-1 हाई-वोल्टेज परीक्षण तकनीक" और इस संदर्भ में अन्य मानकों द्वारा भी परिभाषित किया गया है। वास्तव में, आईईसी 61000-4-5 में तरंगरूप परिभाषाएँ मूल रूप से आईईसी 60060-1 पर आधारित थीं।

फिर भी, महत्वपूर्ण अंतर हैं। पारंपरिक उच्च-वोल्टेज परीक्षण में, वोल्टेज और धारा आवेगों का भिन्न-भिन्न परीक्षण किया जाता है, संयोजन में नहीं किया जाता है। 1.2/50 μs जनरेटर इन्सुलेशन परीक्षण के लिए डिज़ाइन किया गया है, और उच्च-प्रतिबाधा भार में उच्च-वोल्टेज, कम-धारा आवेग उत्पन्न करता है। इस जनरेटर का आउटपुट धारा मिलीएम्पियर स्केल पर है। 8/20 μs जनरेटर को सर्ज अरेस्टर परीक्षण के लिए डिज़ाइन किया गया है, और कम-प्रतिबाधा भार में उच्च-धारा स्पाइक उत्पन्न करता है। दूसरी ओर, आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण गैर-रेखीय उपकरणों, सुरक्षा परिपथ और आवरित ब्रेकडाउन में उत्पन्न होने के कारण उच्च और निम्न-प्रतिबाधा भार हो सकते हैं। परिणाम स्वरुप, इसने स्पाइक के समय उच्च-वोल्टेज, उच्च-धारा आउटपुट उत्पन्न करने की क्षमता वाले कॉम्बिनेशन तरंग जेनरेटर के निर्माण को प्रेरित किया। इसके अतिरिक्त, दोनों मानकों में भिन्न-भिन्न तरंगों की सहनशीलता होती है इस प्रकार, आईईसी 61000-4-5 को आईईसी 60060-1 और अन्य उच्च-वोल्टेज परीक्षणों के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए जो 1.2/50 μs या 8/20 μs आवेग का भी उपयोग करते हैं।

आईईसी 61000-4-5 ईडी 2 और ईडी 3
जब युग्मन नेटवर्क का उपयोग किया जाता है, तो पिछले अनुभव ने विभिन्न जनरेटर के मध्य असंगत तरंगों को दिखाया है। इस प्रकार, आईईसी 61000-4-5 ईडी में महत्वपूर्ण परिवर्तन 3 यह है कि संयोजन तरंग जनरेटर को केवल आउटपुट पर संलग्न 18 μF कैपेसिटर के साथ सत्यापित किया जाना चाहिए। यह शॉर्ट-परिपथ धारा तरंगफॉर्म पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है। यदि जनरेटर को युग्मन संधारित्र को ध्यान में रखे बिना डिज़ाइन किया जाना है, तो आउटपुट अब मानक अनुरूप नहीं होगा।

तीसरे संस्करण ने तरंगरूप परिभाषाओं को भी सरल बनाया। पहले के मानक में आईईसी 60060-1 या आईईसी 60469-1 पर आधारित 1.2/50-8/20 μs तरंगफॉर्म पैरामीटर्स की दो परिभाषाएँ और 10/700-5/320 μs तरंगफॉर्म पैरामीटर्स की दो परिभाषाएं थीं। आईईसी 60060-1 या आईटीयू-टी K श्रृंखला पर आधारित ईडी 3 ने इन मानकों के संदर्भों को हटा दिए और स्टैंडअलोन परिभाषाएँ दीं। विशेष रूप से, आईईसी 60060-1 के दृष्टिकोण का उपयोग करके एक्सट्रपलेटेड "आभासी उत्पत्ति" से समय अंतराल के अतिरिक्त, फ्रंट समय को फ्रंट समय के संदर्भ में फिर से परिभाषित किया गया है। यह किसी को ऑसिलोस्कोप पर अंतर्निहित माप सुविधा का उपयोग करने की अनुमति देता है, जिससे परीक्षण प्रक्रियाएं सरल हो जाती हैं। व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए, दोनों परिभाषाओं के मध्य अंतर नगण्य है। चूँकि, क्योंकि नई परिभाषा आईईसी 60060-1 के आधार पर बनाई गई थी, आईईसी 60469-1 की परिभाषाओं के अनुसार कैलिब्रेट किया गया जनरेटर अब मानक अनुरूप नहीं हो सकता है।

1.2/50-8/20 μs जेनरेटर
कॉम्बिनेशन तरंग जेनरेटर अनिवार्य रूप से कैपेसिटर डिस्चार्ज परिपथ है। प्रारंभ में, स्विच ओपन है, उच्च वोल्टेज स्रोत ऊर्जा-भंडारण संधारित्र $$C_c$$ को चार्ज करता है धारा-सीमित अवरोधक के माध्यम से $$R_c$$ फिर पल्स फॉर्मिंग नेटवर्क के माध्यम से लोड को आवेग देने के लिए स्विच को बंद कर दिया जाता है, जिसमें वृद्धि समय को आकार करने वाला शेपिंग इंडक्टर होता है। $$L_r$$, दो आवेग अवधि आकार देने वाले प्रतिरोधक $$R_{s1}$$ और $$R_{s2}$$, और $$R_m$$ प्रतिबाधा युग्मित अवरोधक है।

मानक घटक मान या व्यावहारिक परिपथों निर्दिष्ट नहीं करता है, मानक आवश्यकताओं के अनुरूप किसी भी उपयुक्त डिज़ाइन का उपयोग किया जा सकता है।

डिजाइन समीकरणों और घटक मानों सहित आदर्श वृद्धि जनरेटर का पूर्ण परिपथ विश्लेषण प्रस्तुति में उपलब्ध है। हेस्टरमैन एट, अल द्वारा वोल्टेज सर्ज इम्यूनिटी परीक्षणिंग का परिचय दिया जाता है। तीसरे संस्करण के लिए अद्यतन व्युत्पत्ति कैरोबी एट अल द्वारा 1,2/50-8/20 μs संयोजन तरंग जनरेटर के प्राथमिक और आदर्श समतुल्य परिपथ मॉडल में दी गई है।

डिजाइन समीकरण

निम्नलिखित डिज़ाइन समीकरण कैरोबी एट अल द्वारा व्युत्पन्न किए गए हैं। इन समीकरणों में चार्जिंग वोल्टेज है $$E$$, और घटक हैं $$C = C_c$$, $$R_1 = R_{s1}$$, $$R_2 = R_{m}$$, $$R_{3} = R_{s2}$$, और $$L = L_r$$

ओपन-परिपथ वोल्टेज

ओपन-परिपथ वोल्टेज के लिए, इसका लाप्लास ट्रांसफॉर्म है:

जहाँ:

इस प्रकार, ओपन-परिपथ वोल्टेज डबल घातीय तरंग है:

वोल्टेज अपने शीर्ष मान पर पहुँचता है:

और शिखर वोल्टेज है:

शॉर्ट-परिपथ धारा
जब आउटपुट छोटा हो जाता है, तो ध्यान दें कि अंतिम अवरोधक $$R_3$$ ($$R_{s2}$$ योजनाबद्ध में) प्रभावी रूप से हटा दिया जाता है।

शॉर्ट-परिपथ धारा के लिए, इसका लाप्लास रूपांतरण है:

जहाँ:

इस प्रकार, शॉर्ट-परिपथ धारा नम साइन तरंग है (कम नमी वाले आरएलसी परिपथ से):

धारा अपने शीर्ष मान पर पहुँचती है:

और शिखर धारा है:

उपाय
$$ में आयाम की उपेक्षा करें, यह बन जाता है:

प्रतिस्थापित करके $$x = \alpha t$$:

अनुपात बनाने के लिए $$\frac{\beta}{\alpha}$$ का चयन किया जाना चाहिए $$y(x)$$ के तरंगरूप की अवधि फ्रंट-समय अनुपात से अधिक होती है $$50/1.2 \approx 41.7$$. संख्यात्मक रूप से मूल्यांकन करके इस अनुपात को परिवर्तित करते समय $$y(x)$$ का तरंगरूप (इसके अग्र समय और अवधि सहित) समाधान किया जाता है $$\frac{\beta}{\alpha} = 168$$ अगला, $$\alpha$$ और $$\beta$$ संख्यात्मक रूप से भिन्न द्वारा गणना की जाती है $$\alpha$$ जब तक $$ के तरंगफॉर्म का फ्रंट समय 1.2 μs है। समाधान $$\alpha^{-1}$$ = 68.2 μs इसलिए, $$\beta^{-1}$$ = 0.4 μs है।

$$, में आयाम की उपेक्षा करें, यह बन जाता है:

प्रतिस्थापित करके $$z = \omega_0 t$$:

मान बनाने के लिए $$Q$$ का चयन किया जाना चाहिए $$y'(z)$$ के तरंगरूप की अवधि सामने के समय के अनुपात से अधिक होती है $$20/8 = 2.5$$ संख्यात्मक मूल्यांकन करके मूल्यांकन करके $$y'(z)$$ भिन्न-भिन्न होते हुए भी तरंगरूप (इसके अग्र समय और अवधि सहित) प्रश्न, $$Q$$ का समाधान मिल गया है, $$Q = 1.46$$ अगला, $$\omega_0$$ की गणना इसे संख्यात्मक रूप से भिन्न करके की जाती है जब तक कि $$ के तरंगरूप की अवधि 20 μs न हो जाए। सही अवधि के साथ, फ्रंट समय भी स्वचालित रूप से संतुष्ट हो जाता है। समाधान $$\frac{\omega_0}{2 \pi} = f_0 = 20.03\text{ kHz}$$ है।

एक बार $$\alpha$$, $$\beta$$, $$\omega_0$$ और $$Q$$ हल हो गए हैं, परिपथ घटक मान प्राप्त किए जा सकते हैं, $$R_3$$ पहला व्युत्पन्न होता है।

ध्यान दें कि प्रभावी आउटपुट प्रतिबाधा (विभाजित करके) है $$ द्वारा $$):

और इस रूप में पुनर्व्यवस्थित किया जा सकता है:

आउटपुट प्रतिबाधा सेट करें $$R$$ = 2 Ω, $$R_3$$ = 26.1 Ω हल है:

अंत में, अन्य घटक मानों का बंद-रूप समाधान है:

समाधान $$C$$ = 5.93 μF, $$L$$ = 10.9 μH, $$R_1$$ = 20.2 Ω, और $$R_2$$ = 0.814 Ω है।

आउटपुट पीक वोल्टेज चार्जिंग वोल्टेज से थोड़ा कम है। वोल्टेज को स्केल करने के लिए, $$ में आयाम का उपयोग करें और E = 1, सेट करें, इससे परिणाम $$\frac{1 \cdot \frac{R_3}{L}}{\beta - \alpha} = 0.943$$ मिलता है।

इस प्रकार, संधारित्र चार्ज वोल्टेज $$\frac{1}{0.943} = 1.06$$ आउटपुट पीक वोल्टेज का गुना है।

ध्यान दें कि यह समाधान कपलिंग कैपेसिटर पर विचार नहीं करता है, और इसका अंडरशूट भी $$e^{-\frac{\pi}{2Q}} = 0.34$$ है, दोनों समस्याओं के समाधान पर निम्नलिखित अनुभागों में वर्णन किया गया है।

युग्मन संधारित्र
अतिरिक्त 18 μF युग्मन संधारित्र का ओपन-परिपथ वोल्टेज पर लगभग कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, किंतु शॉर्ट-परिपथ धारा को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है।

कैरोबी एट अल. श्रृंखला युग्मन संधारित्र के प्रभाव को ध्यान में रखने के लिए निम्नलिखित पुनरावृत्त, परीक्षण-और-त्रुटि डिजाइन प्रक्रिया का सुझाव दिया। सबसे पहले, संधारित्र पर विचार किए बिना, मूल परिपथ विश्लेषण का पुन: उपयोग किया जाता है, और परिपथ घटकों के मान संख्यात्मक सॉल्वर के माध्यम से प्राप्त किए जाते हैं। अगला, संधारित्र जोड़ा जाता है और शॉर्ट-परिपथ तरंग के परिवर्तन को नोट किया जाता है। फिर, संख्यात्मक सॉल्वर के लिए लक्ष्य तरंग पैरामीटर पूर्व-विकृत होते हैं, घटक मानों का नया सेट प्राप्त करते हैं (सामने का समय, अवधि और प्रभावी आउटपुट प्रतिबाधा परिवर्तित करके)। उदाहरण के लिए, यदि पीक धारा अधिक कम हो जाती है, तो प्रभावी आउटपुट प्रतिबाधा लक्ष्य को समायोजित करके उच्च पीक धारा के लिए घटक मानों की पुनर्गणना की जाती है। वांछित तरंग प्राप्त होने तक इन चरणों को दोहराया जाता है। यहां दिया गया परिणाम दो पुनरावृत्तियों के पश्चात 1.5% के भीतर सटीक है, उच्च त्रुटिहीनता के लिए अधिक पुनरावृत्तियों की आवश्यकता है।

परिणाम
दोनों स्रोतों ने दिखाया कि 30% शॉर्ट-परिपथ धारा ओवरशूट सीमा का उल्लंघन किए बिना तरंग आवश्यकताओं को ठीक से पूर्ण करना संभव नहीं है। फिर भी, हेस्टरमैन, एट अल. सहनशीलता के भीतर तरंगरूप पैरामीटर्स को समायोजित करके अनुमानित समाधान प्रस्तुत किया। कैरोबी एट अल द्वारा व्युत्पत्ति अंडरशूट आवश्यकता को अकेंद्रित कर दिया, यह प्रदर्शित करते हुए कि व्यावहारिक परिपथ कुछ स्थितियों में ओवरशूट को व्यावहारिक रूप से शून्य तक भी कम कर सकता है यदि यूनिडायरेक्शनल स्विच का उपयोग किया जाता है। इसके अतिरिक्त, आईईसी 61000-4-5 बताता है कि कपलिंग नेटवर्क के आउटपुट पर कोई ओवरशूट या अंडरशूट आवश्यकता नहीं है।

ये समाधान केवल आदर्श जनरेटर के लिए मान्य हैं, जो परिपथ सिमुलेशन के लिए उपयुक्त हैं। इसे व्यावहारिक जनरेटर डिजाइन के प्रारंभिक बिंदु के रूप में उपयोग किया जा सकता है, किंतु स्विच गैर-आदर्शताओं के कारण घटक मानों को आगे समायोजित करना पड़ता है। आदर्श परिपथ में, ओपन-परिपथ वोल्टेज वृद्धि का समय स्थिरांक द्वारा नियंत्रित होता है $$\frac{L_r}{R_m+R_3}$$, किंतु व्यावहारिक स्विच के कारण वृद्धि समय अवक्रमण हो सकता है। इसके अतिरिक्त, विभिन्न प्रकार के स्विच के उपयोग के कारण, वास्तविक जनरेटर अंडरशूट के साथ द्विदिश आवेग या अंडरशूट के बिना यूनिडायरेक्शनल आवेग उत्पन्न कर सकता है। आदर्श परिपथ मॉडल इन गैर-रैखिक प्रभावों की भविष्यवाणी नहीं कर सकता है, और इसे व्यावहारिक जनरेटर के पूर्ण परिपथ मॉडल के रूप में नहीं माना जाना चाहिए।

10/700-5/320 μs जेनरेटर

10/700-5/320 μs स्पाइक के लिए भिन्न संयोजन तरंग जेनरेटर का उपयोग किया जाता है।



परीक्षण स्तर
निम्न तालिका संयोजन तरंग जेनरेटर के पीक ओपन-परिपथ वोल्टेज और शॉर्ट-परिपथ धारा को दर्शाती है।

पूर्ण धारा सदैव वास्तव में डीयूटी पर प्रारम्भ नहीं होती है। परीक्षण सेटअप और पोर्ट प्रकार के आधार पर, युग्मन नेटवर्क के भाग के रूप में अतिरिक्त अवरोधक का उपयोग डीयूटी में पीक सर्ज धारा को कम करने के लिए किया जा सकता है, जिससे आउटपुट प्रतिबाधा 12 Ω या 42 Ω तक बढ़ जाती है।

यह भी देखें

 * आईईसी 61000-4-2
 * आईईसी 61000-4-4
 * वृद्धि संरक्षण
 * सामान्य ईएमसी परीक्षण मानकों की सूची
 * आईईसी मानकों की सूची
 * एन मानकों की सूची

बाहरी संबंध

 * आईईसी Webstore
 * STMicroelectronics' Application note AN4275 आईईसी 61000-4-5 standard overvie w
 * STMicroelectronics' Application note AN4275 आईईसी 61000-4-5 standard overvie w