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।

Open-Circuit Voltage
(exaggerated rising edge, not to scale, actual rising edge is almost a vertical line)

Short-Circuit Current

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।

विभिन्न मानकों के साथ तुलना

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 हैइस 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।

परिपथ विश्लेषण

1.2/50-8/20 μs जेनरेटर

1.2/50-8/20 μs कॉम्बिनेशन तरंग जेनरेटर का सरलीकृत योजनाबद्ध

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:

$V(s)={\frac {E\cdot {\frac {R_{3}}{L}}}{s^{2}+s(\alpha +\beta )+\alpha \beta }}$

(1)

जहाँ:

$\alpha +\beta ={\frac {R_{2}+R_{3}}{L}}+{\frac {1}{R_{1}C}}$

(2)

$\alpha \beta ={\frac {R_{1}+R_{2}+R_{3}}{R_{1}LC}}$

(3)

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

$v(t)=\frac{E\cdot <!--\; \cdot \; -->\frac{R_3}{L}}{\mathrm{\beta <!--\; \beta \; -->}-<!--\; -\; -->\mathrm{\alpha <!--\; \alpha \; -->}}(e^{-<!--\; -\; -->\mathrm{\alpha <!--\; \alpha \; -->}t}-<!--\; -\; -->e^{-<!--\; -\; -->\mathrm{\beta <!--\; \beta \; -->}t}$