IEC 61000-4-5: Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-5: Testing and measurement techniques - Surge immunity test (IEC 61000-4-5:2014)

✍ Scribed by International Electrotechnical Commission

• Publisher: International Electrotechnical Commission
• Year: 2014
• Tongue: English
• Leaves: 160
• Edition: 3.0
• Category: Library

✦ Synopsis

IEC 61000-4-5:2014 relates to the immunity requirements, test methods, and range of recommended test levels for equipment with regard to unidirectional surges caused by over-voltages from switching and lightning transients. Several test levels are defined which relate to different environment and installation conditions. These requirements are developed for and are applicable to electrical and electronic equipment. The object of this standard is to establish a common reference for evaluating the immunity of electrical and electronic equipment when subjected to surges. The test method documented describes a consistent method to assess the immunity of an equipment or system against a defined phenomenon. This standard defines a range of:
- test levels;
- test equipment;
- test setups; and
- test procedures. The task of the described laboratory test is to find the reaction of the equipment under test (EUT) under specified operational conditions to surge voltages caused by switching and lightning effects. It is not intended to test the capability of the EUT's insulation to withstand high-voltage stress. Direct injections of lightning currents, i.e. direct lightning strikes, are not considered in this standard. This third edition cancels and replaces the second edition published in 2005, and constitutes a technical revision which includes the following significant technical changes with respect to the previous edition:
- a new Annex E on mathematical modelling of surge waveforms;
- a new Annex F on measurement uncertainty;
- a new Annex G on method of calibration of impulse measuring systems; and
- a new Annex H on coupling/decoupling surges to lines rated above 200 A. Moreover while surge test for ports connected to outside telecommunication lines was addressed in 6.2 of the second edition (IEC 61000-4-5:2005), in this third edition (IEC 61000-4-5:2014) the normative Annex A is fully dedicated to this topic. In particular it gives the specifications of the 10/700 µs combined wave generator. Keywords: electromagnetic compatibility, EMC, TC77, SC77B

✦ Table of Contents

English
CONTENTS
FOREWORD
INTRODUCTION
1 Scope and object
2 Normative references
3 Terms, definitions and abbreviations
3.1 Terms and definitions
3.2 Abbreviations
4 General
4.1 Power system switching transients
4.2 Lightning transients
4.3 Simulation of the transients
5 Test levels
6 Test instrumentation
6.1 General
6.2 1,2/50 μs combination wave generator
6.2.1 General
6.2.2 Performance characteristics of the generator
6.2.3 Calibration of the generator
6.3 Coupling/decoupling networks
6.3.1 General
6.3.2 Coupling/decoupling networks for a.c./d.c. power port rated up to 200 A per line
6.3.3 Coupling/decoupling networks for interconnection lines
6.4 Calibration of coupling/decoupling networks
6.4.1 General
6.4.2 Calibration of CDNs for a.c./d.c. power port rated up to 200 A per line
6.4.3 Calibration of CDNs for interconnection lines
7 Test setup
7.1 Test equipment
7.2 Verification of the test instrumentation
7.3 Test setup for surges applied to EUT power ports
7.4 Test setup for surges applied to unshielded unsymmetrical interconnection lines
7.5 Test setup for surges applied to unshielded symmetrical interconnectionlines
7.6 Test setup for surges applied to shielded lines
8 Test procedure
8.1 General
8.2 Laboratory reference conditions
8.2.1 Climatic conditions
8.2.2 Electromagnetic conditions
8.3 Execution of the test
9 Evaluation of test results
10 Test report
Annex A (normative) Surge testing for unshielded outdoor symmetrical communicationlines intended to interconnect to widely dispersed systems
A.1 General
A.2 10/700 μs combination wave generator
A.2.1 Characteristics of the generator
A.2.2 Performances of the generator
A.2.3 Calibration of the generator
A.3 Coupling/decoupling networks
A.3.1 General
A.3.2 Coupling/decoupling networks for outdoor communication lines
A.4 Calibration of coupling/decoupling networks
A.5 Test setup for surges applied to outdoor unshielded symmetrical communication lines
Annex B (informative) Selection of generators and test levels
B.1 General
B.2 The classification of environments
B.3 The definition of port types
B.4 Generators and surge types
B.5 Tables
Annex C (informative) Explanatory notes
C.1 Different source impedance
C.2 Application of the tests
C.2.1 Equipment level immunity
C.2.2 System level immunity
C.3 Installation classification
C.4 Minimum immunity level of ports connected to the a.c./d.c. mains supply
C.5 Equipment level immunity of ports connected to interconnection lines
Annex D (informative) Considerations for achieving immunity for equipment connected to low voltage power distribution systems
Annex E (informative) Mathematical modelling of surge waveforms
E.1 General
E.2 Normalized time domain voltage surge (1,2/50 μs)
E.3 Normalized time domain current surge (8/20 μs)
E.4 Normalized time domain voltage surge (10/700 μs)
E.5 Normalized time domain current surge (5/320 μs)
Annex F (informative) Measurement uncertainty (MU) considerations
F.1 Legend
F.2 General
F.3 Uncertainty contributors to the surge measurement uncertainty
F.4 Uncertainty of surge calibration
F.4.1 General
F.4.2 Front time of the surge open-circuit voltage
F.4.3 Peak of the surge open-circuit voltage
F.4.4 Duration of the surge open-circuit voltage
F.4.5 Further MU contributions to time and amplitude measurements
F.4.6 Rise time distortion due to the limited bandwidth of the measuring system
F.4.7 Impulse peak and width distortion due to the limited bandwidth of the measuring system
F.5 Application of uncertainties in the surge generator compliance criterion
Annex G (informative) Method of calibration of impulse measuring systems
G.1 General
G.2 Estimation of measuring system response using the convolution integral
G.3 Impulse measuring system for open-circuit voltage (1,2/50 μs, 10/700 μs)
G.4 Impulse measuring system for short-circuit current (8/20 μs, 5/320 μs)
Annex H (informative) Coupling/decoupling surges to lines rated above 200 A
H.1 General
H.2 Considerations of coupling and decoupling
H.3 Additional precautions
Bibliography
Figures
Figure 1 – Simplified circuit diagram of the combination wave generator
Figure 2 – Waveform of open-circuit voltage (1,2/50 μs) at the output
of the generator with no CDN connected
Figure 3 – Waveform of short-circuit current (8/20 μs) at the output
of the generator with no CDN connected
Figure 4 – Selection of coupling/decoupling method
Figure 5 – Example of coupling network and decoupling networkfor capacitive coupling on a.c./d.c. lines line-to-line coupling
Figure 6 – Example of coupling network and decoupling networkfor capacitive coupling on a.c./d.c. lines: line-to-ground coupling
Figure 7 – Example of coupling network and decoupling network for capacitive coupling on a.c. lines (3 phases): line L2-to-line L3 coupling
Figure 8 – Example of coupling network and decoupling network for capacitive coupling on a.c. lines (3 phases): line L3-to-ground coupling
Figure 9 – Example of coupling network and decoupling network for unshielded unsymmetrical interconnection lines: line-to-line and line-to-ground coupling
Figure 10 – Example of coupling and decoupling network for unshielded symmetrical interconnection lines: lines-to-ground coupling
Figure 11 – Example of coupling and decoupling network for unshielded symmetrical interconnection lines: lines-to-ground coupling via capacitors
Figure 12 – Example of test setup for surges applied to shielded lines
Figure A.1 – Simplified circuit diagram of the combination wave generator
(10/700 μs – 5/320 μs)
Figure A.2 – Waveform of open-circuit voltage (10/700 μs)
Figure A.3 – Waveform of the 5/320 μs short-circuit current waveform
Figure A.4 – Example of test setup for unshielded outdoor symmetrical communication lines: lines-to-ground coupling, coupling via gas arrestors (primary protection fitted)
Figure E.1 – Voltage surge (1,2/50 μs): width time response Tw
Figure E.2 – Voltage surge (1,2/50 μs): rise time response T
Figure E.3 – Voltage surge (1,2/50 μs): spectral response with Δf = 3,333 kHz
Figure E.4 – Current surge (8/20 μs): width time response Tw
Figure E.5 – Current surge (8/20 μs): rise time response Tr
Figure E.6 – Current surge (8/20 μs): spectral response with Δf = 10 kHz
Figure E.7 – Voltage surge (10/700 μs): width time response Tw
Figure E.8 – Voltage surge (10/700 μs): rise time response T
Figure E.9 – Voltage surge (10/700 μs): spectral response with Δf = 0,2 kHz
Figure E.10 – Current surge (5/320 μs): width time response Tw
Figure E.11 – Current surge (5/320 μs): rise time response Tr
Figure E.12 – Current surge (5/320 μs): spectral response with Δf = 0,4 kHz
Figure G.1 – Simplified circuit diagram of the current step generator
Tables
Table 1 – Test levels
Table 2 – Definitions of the waveform parameters 1,2/50 μs and 8/20 μs
Table 3 – Relationship between peak open-circuit voltage and peak short-circuit current
Table 4 – Voltage waveform specificationat the EUT port of the CDN
Table 5 – Current waveform specification at the EUT port of the CDN
Table 6 – Relationship between peak open-circuit voltageand peak short-circuit current at the EUT port of the CDN
Table 7 – Summary of calibration process for CDNsfor unsymmetrical interconnection lines
Table 8 – Surge waveform specifications at the EUT port of the CDNfor unsymmetrical interconnection lines
Table 9 – Summary of calibration process for CDNsfor symmetrical interconnection lines
Table 10 – Surge waveform specifications at the EUT portof the CDN for symmetrical interconnection lines
Table A.1 – Definitions of the waveform parameters 10/700 μs and 5/320 μs
Table A.2 – Relationship between peak open-circuit voltageand peak short-circuit current
Table A.3 – Summary of calibration process for CDNs for unshielded outdoor symmetrical communication lines
Table A.4 – Surge waveform specifications at the EUT port of the CDN for unshielded outdoor symmetrical communication lines
Table B.1 – Power ports: selection of the test levels (depending on the installation class)
Table B.2 – Circuits/lines: selection of the test levels(depending on the installation class)
Table F.1 – Example of uncertainty budget for surge open-circuit voltage front time (TfV)
Table F.2 – Example of uncertainty budget for surge open-circuit voltage peak value (VP)
Table F.3 – Example of uncertainty budget for surge open-circuit voltage duration (Td)
Table F.4 – α factor, Equation (F.5), of different unidirectional impulse responses corresponding to the same bandwidth of the system B
Table F.5 – β factor, Equation (F.9), of the standard surge waveforms
Table H.1 – Recommended inductance values for decoupling lines (> 200 A)
Français
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS
INTRODUCTION
1 Domaine d'application et objet
2 Références normatives
3 Termes, définitions et abréviations
3.1 Termes et définitions
3.2 Abréviations
4 Généralités
4.1 Transitoires de manœuvre sur les réseaux électriques
4.2 Transitoires de foudre
4.3 Simulation des transitoires
5 Niveaux d'essai
6 Instrumentation d'essai
6.1 Généralités
6.2 Générateur d’ondes combinées 1,2/50 μs
6.2.1 Généralités
6.2.2 Caractéristiques de performance du générateur
6.2.3 Etalonnage du générateur
6.3 Réseaux de couplage/découplage
6.3.1 Généralités
6.3.2 Réseaux de couplage/découplage pour accès d'alimentation en c.a./c.c. de valeur assignée jusqu’à 200 A par ligne
6.3.3 Réseaux de couplage/découplage pour lignes d'interconnexion
6.4 Etalonnage des réseaux de couplage/découplage
6.4.1 Généralités
6.4.2 Etalonnage de RCD pour accès d’alimentation c.a./c.c. de valeur assignée jusqu’à 200 A par ligne
6.4.3 Etalonnage des RCD pour les lignes d’interconnexion
7 Montage d'essai
7.1 Matériel d'essai
7.2 Vérification des instruments d’essai
7.3 Montage d'essai pour les ondes de choc appliquées aux accès d’alimentation de l’EUT
7.4 Montage d'essai pour les ondes de choc appliquées aux lignes d'interconnexion non blindées et non symétriques
7.5 Montage d'essai pour les ondes de choc appliquées aux lignes d'interconnexion non blindées et symétriques
7.6 Montage d’essai pour les ondes de choc appliquées aux lignes blindées
8 Procédure d’essai
8.1 Généralités
8.2 Conditions de référence en laboratoire
8.2.1 Conditions climatiques
8.2.2 Conditions électromagnétiques
8.3 Réalisation de l’essai
9 Evaluation des résultats d’essai
10 Rapport d’essai
Annexe A (normative) Essai d’onde de choc pour lignes de communicationsnon blindées symétriques extérieures, destinées à interconnecterdes systèmes largement dispersés
A.1 Généralités
A.2 Générateur d’ondes combinées 10/700 μs
A.2.1 Caractéristiques du générateur
A.2.2 Performances du générateur
A.2.3 Etalonnage du générateur
A.3 Réseaux de couplage/découplage
A.3.1 Généralités
A.3.2 Réseaux de couplage/découplage pour les lignes de communications extérieures
A.4 Etalonnage des réseaux de couplage/découplage
A.5 Montage d’essai pour les ondes de choc appliquées aux lignes de communications non blindées symétriques extérieures
Annexe B (informative) Choix des générateurs et des niveaux d'essai
B.1 Généralités
B.2 Classification des environnements
B.3 Définition des types d’accès
B.4 Types de générateurs et d’ondes de choc
B.5 Tableaux
Annexe C (informative) Notes explicatives
C.1 Différentes impédances de source
C.2 Application des essais
C.2.1 Niveau d'immunité d'un matériel
C.2.2 Niveau d'immunité d'un système
C.3 Classification de l'installation
C.4 Niveau d'immunité minimum des accès raccordés à l’alimentation secteur c.a./c.c.
C.5 Niveau d'immunité d'un matériel dont les accès sont raccordés à des lignes d'interconnexion
Annexe D (informative) Considérations en vue d'obtenir l'immunité pour les matériels connectés aux réseaux de distribution d'alimentation basse tension
Annexe E (informative) Modélisation mathématique des formes d’ondes de choc
E.1 Généralités
E.2 Tension d’onde de choc normalisée dans le domaine temporel (1,2/50 μs)
E.3 Courant d’onde de choc normalisé dans le domaine temporel (8/20 μs)
E.4 Tension de choc normalisée dans le domaine temporel (10/700 μs)
E.5 Courant de choc normalisé dans le domaine temporel (5/320 μs)
Annexe F (informative) Considérations relatives à l’incertitude de mesure (MU)
F.1 Légende
F.2 Généralités
F.3 Contributeurs à l’incertitude de mesure de l’onde de choc
F.4 Incertitude de l’étalonnage de l’onde de choc
F.4.1 Généralités
F.4.2 Durée du front de la tension de choc en circuit ouvert
F.4.3 Crête de tension de choc en circuit ouvert
F.4.4 Durée de la tension de choc en circuit ouvert
F.4.5 Autres contributeurs à l’incertitude de mesure pour les mesures de temps et d’amplitude
F.4.6 Distorsion du temps de montée en raison de la largeur de bande limitée du système de mesure
F.4.7 Crête d’impulsion et distorsion de largeur du fait de la largeur de bande limitée du système de mesure
F.5 Application des incertitudes au critère de conformité du générateur d’ondes de choc
Annexe G (informative) Méthode d’étalonnage des systèmes de mesure d’impulsion
G.1 Généralités
G.2 Estimation de la réponse du système de mesure utilisant l’intégrale de convolution
G.3 Système de mesure d’impulsion pour une tension en circuit ouvert (1,2/50
μs, 10/700 μs)
G.4 Système de mesure d’impulsion pour le courant de court-circuit (8/20 μs,
5/320 μs)
Annexe H (informative) Ondes de choc de couplage/découplage appliquées à des lignes de valeurs assignées supérieures à 200 A
H.1 Généralités
H.2 Considérations en matière de couplage et découplage
H.3 Précautions supplémentaires
Bibliographie
Figures
Figure 1 – Schéma de principe simplifié du circuit du générateur d’ondes combinées
Figure 2 – Forme d'onde de tension en circuit ouvert (1,2/50 μs)
en sortie du générateur sans RCD connecté
Figure 3 – Forme d'onde du courant de court-circuit (8/20 μs)
en sortie du générateur sans RCD connecté
Figure 4 – Sélection d’une méthode de couplage/découplage
Figure 5 – Exemple de réseau de couplage et de réseau de découplage pour couplage capacitif sur lignes c.a./c.c.: couplage entre phases
Figure 6 – Exemple de réseau de couplage et de réseau de découplage pour couplage capacitif sur lignes c.a./c.c.: couplage phase-terre
Figure 7 – Exemple de réseau de couplage et de réseau de découplage pour couplage capacitif sur lignes c.a. (triphasé): couplage entre la phase L2 et la phase L3
Figure 8 – Exemple de réseau de couplage et de réseau de découplage pour couplage capacitif sur lignes c.a. (triphasé): couplage entre la phase L3 et la terre
Figure 9 – Exemple de réseau de couplage et de réseau de découplagepour les lignes d’interconnexion non blindées et non symétriques:couplage entre phases et phase-terre
Figure 10 – Exemple de réseau de couplage et de découplage pour les lignes d’interconnexion non blindées symétriques; couplage phases-terre
Figure 11 – Exemple de réseau de couplage et de découplage pour les lignes d’interconnexion non blindées symétriques: couplage phases-terre par condensateurs
Figure 12 – Exemple de montage d'essai pour les ondes de chocappliquées aux lignes blindées
Figure A.1 – Schéma de principe simplifié du circuit du générateur
d’ondes combinées (10/700 μs – 5/320 μs)
Figure A.2 – Forme d’onde de tension en circuit ouvert (10/700 μs)
Figure A.3 – Forme d’onde de courant de court-circuit 5/320 μs
Figure A.4 – Exemple de montage d'essai pour lignes de communications non blindées symétriques extérieures: couplage phases-terre, couplage par parafoudres à gaz (équipés de protection primaire)
Figure E.1 – Tension de choc (1,2/50 μs): réponse dans l’intervalle de temps Tw
Figure E.2 – Tension de choc (1,2/50 μs): réponse de temps de montée T
Figure E.3 – Tension de choc (1,2/50 μs): réponse spectrale, Δf = 3,333 kHz
Figure E.4 – Courant de choc (8/20 μs): réponse dans l’intervalle de temps Tw
Figure E.5 – Courant de choc (8/20 μs): réponse de temps de montée Tr
Figure E.6 – Courant de choc (8/20 μs): réponse spectrale, Δf = 10 kHz
Figure E.7 – Tension de choc (10/700 μs): réponse dans l’intervalle de temps Tw
Figure E.8 – Tension de choc (10/700 μs): réponse de temps de montée T
Figure E.9 – Tension de choc (10/700 μs): réponse spectrale, Δf = 0,2 kHz
Figure E.10 – Courant de choc (5/320 μs): réponse dans l’intervalle de temps Tw
Figure E.11 – Courant de choc (5/320 μs): réponse de temps de montée Tr
Figure E.12 – Courant de choc (5/320 μs): réponse spectrale, Δf = 0,4 kHz
Figure G.1 – Schéma de principe simplifié du circuitdu générateur d’échelon de courant
Tableaux
Tableau 1 – Niveaux d'essai
Tableau 2 – Définitions des paramètres des formes d'ondes 1,2/50 μs et 8/20 μs
Tableau 3 – Relations entre tension de crête en circuit ouvert et courant de crête de court-circuit
Tableau 4 – Spécification de la forme d’onde de la tension à l’accès EUT du RCD
Tableau 5 – Spécification de la forme d'onde du courant à l’accès EUT du RCD
Tableau 6 – Relation entre la tension de crête en circuit ouvert et le courantde crête de court-circuit à l’accès EUT du RCD
Tableau 7 – Résumé du processus d’étalonnage des RCD pour les lignes d’interconnexion non symétriques
Tableau 8 – Spécifications de la forme d’onde de choc à l’accès EUT du RCD pour les lignes d’interconnexion non symétriques
Tableau 9 – Résumé du processus d’étalonnage des RCD pour les lignes d’interconnexion symétriques
Tableau 10 – Spécifications de la forme d’onde de choc à l’accès EUTdu RCD pour les lignes d’interconnexion symétriques
Tableau A.1 – Définitions des paramètres des formes d’onde 10/700 μs et 5/320 μs
Tableau A.2 – Relations entre tension de crête en circuit ouvert et courant de crête de court-circuit
Tableau A.3 – Résumé du processus d’étalonnage des RCD pour les lignes de communications non blindées symétriques extérieures
Tableau A.4 – Spécifications de la forme d’onde de choc à l’accès EUT du RCD pour les lignes de communications non blindées symétriques extérieures
Tableau B.1 – Accès d’alimentation: choix des niveaux d’essai (en fonction de la classe de l’installation)
Tableau B.2 – Circuits/lignes: choix des niveaux d’essai (en fonction de la classe de l’installation)
Tableau F.1 – Exemple de budget d’incertitude pour la durée du front de la tension de choc en circuit ouvert (TfV)
Tableau F.2 – Exemple de budget d’incertitude pour la valeur de crête de la tension de choc en circuit ouvert (VP)
Tableau F.3 – Exemple de budget d’incertitude pour la durée de la tension de choc en circuit ouvert (Td)
Tableau F.4 – Facteur α, Equation (F.5), de différentes réponses impulsionnelles unidirectionnelles correspondant à la même largeur de bande du système B
Tableau F.5 – Facteur β, Equation (F.9), des formes d’ondes de choc normalisées
Tableau H.1 – Valeurs d’inductance recommandéespour les lignes de découplage (> 200 A)