Một đồng hồ đo điện tử lắp trong tủ điện hoạt động bình thường suốt quá trình thử nghiệm, nhưng khi đưa vào trạm biến áp thì số đọc nhảy mỗi lần máy cắt đóng. Một màn hình CRT trong phòng điều khiển bị rung hình khi thang máy chạy. Cả hai đều không phải lỗi thiết kế mạch — chúng là triệu chứng của nhiễu từ trường tần số nguồn, thứ mà phép thử phát xạ và phép thử miễn nhiễm bức xạ không chạm tới.
Miễn nhiễm từ trường IEC 61000-4-8 là phép thử lấp đúng khoảng trống này. Bài này trình bày bảng mức thử, cấu tạo cuộn cảm ứng chuẩn và cuộn Helmholtz, quy trình kiểm chứng theo tiêu chuẩn, rồi phân vai rõ ràng: thiết bị nào phải là máy phát chuyên dụng, và thiết bị đo đa dụng đóng vai trò gì trong chuỗi.
Miễn nhiễm từ trường IEC 61000-4-8 kiểm tra điều gì
Tiêu chuẩn quy định yêu cầu miễn nhiễm của thiết bị, chỉ trong điều kiện vận hành, đối với nhiễu từ ở tần số nguồn 50 Hz và 60 Hz, tại khu dân cư và thương mại, lắp đặt công nghiệp, nhà máy điện, và trạm biến áp trung thế, cao thế.
Tiêu chuẩn phân biệt hai loại nguồn nhiễu, và đây là lý do có hai bảng mức thử:
- Dòng ở điều kiện vận hành bình thường sinh từ trường ổn định, biên độ tương đối nhỏ — tương ứng phép thử trường liên tục.
- Dòng ở điều kiện sự cố sinh từ trường lớn hơn nhiều nhưng chỉ tồn tại ngắn, cho tới khi thiết bị bảo vệ tác động — vài mili giây với cầu chì, vài giây với rơ-le bảo vệ. Tương ứng phép thử trường ngắn hạn.
Dạng sóng trường thử là dạng sóng tần số nguồn. Tiêu chuẩn ghi rõ trong nhiều trường hợp — khu dân cư, trạm biến áp và nhà máy điện ở điều kiện bình thường — từ trường sinh ra bởi các hài là không đáng kể.
Mức thử: hai bảng và một hằng số quy đổi
Cường độ trường A/m là đơn vị của toàn bộ phép thử. Tiêu chuẩn nêu hằng số quy đổi cần nhớ: 1 A/m tương ứng mật độ từ thông trong không gian tự do là 1,26 µT.
Bảng 1 — mức thử cho trường liên tục:
- Mức 1: 1 A/m
- Mức 2: 3 A/m
- Mức 3: 10 A/m
- Mức 4: 30 A/m
- Mức 5: 100 A/m
- Mức x: đặc biệt, do đặc tả sản phẩm quy định
Bảng 2 — mức thử cho trường ngắn hạn, thời gian 1 s tới 3 s:
- Mức 1, 2, 3: không áp dụng
- Mức 4: 300 A/m
- Mức 5: 1 000 A/m
- Mức x: đặc biệt, cả mức lẫn thời gian do đặc tả sản phẩm quy định
Điểm dễ nhầm: mức 4 và mức 5 tồn tại ở cả hai bảng nhưng mang giá trị hoàn toàn khác nhau — 30 và 100 A/m ở chế độ liên tục, 300 và 1 000 A/m ở chế độ ngắn hạn. Khi đọc báo cáo thử nghiệm, phải xác định bảng trước rồi mới đọc số mức.
Cuộn cảm ứng chuẩn và cuộn Helmholtz
Trường thử được tạo bằng dòng chạy trong một cuộn cảm ứng, và trường được áp lên thiết bị bằng phương pháp nhúng — đặt thiết bị vào giữa cuộn. Tiêu chuẩn định nghĩa hai cuộn chuẩn một vòng:
- Cuộn vuông 1 m × 1 m cho thiết bị để bàn, điện cảm xấp xỉ 2,5 µH. Thể tích thử của cuộn này là 0,6 m × 0,6 m × 0,5 m chiều cao.
- Cuộn chữ nhật 1 m × 2,6 m cho thiết bị đặt sàn như tủ rack, điện cảm xấp xỉ 6 µH. Thể tích thử là 0,6 m × 2 m chiều cao × 0,6 m.
Cuộn phải làm bằng đồng, nhôm hoặc vật liệu dẫn điện không từ tính. Tiết diện nhôm khuyến nghị là 1,5 cm² cho phép thử liên tục tới 100 A/m và 4 cm² cho phép thử ngắn hạn tới 1 000 A/m. Dung sai kích thước cuộn chuẩn là ±1 cm, đo giữa các đường tâm tiết diện.
Cuộn Helmholtz xuất hiện khi cần độ đồng đều trường tốt hơn hoặc thể tích thử lớn hơn. Đây là cuộn kép gồm hai hoặc nhiều bộ vòng dây đặt cách nhau hợp lý. Tiêu chuẩn nêu con số cụ thể: cuộn kép kích thước chuẩn đặt cách nhau 0,8 m cho thể tích thử với độ đồng đều 3 dB là 0,6 m × 0,6 m × 1 m chiều cao — tức gấp đôi chiều cao so với cuộn đơn. Với cấu hình Helmholtz cho độ bất đồng đều 0,2 dB, tiêu chuẩn dẫn chiếu kích thước và khoảng cách trong Hình 7.
Hai quy tắc bố trí hay bị vi phạm: với thiết bị để bàn, không được phép có mặt phẳng đất làm một phần của cuộn, cũng không được đặt trên bàn cách điện dưới thiết bị; ngược lại với thiết bị đặt sàn thì mặt phẳng đất phải có mặt. Và khi đo hệ số cuộn, cuộn phải đặt cách tường phòng thí nghiệm cùng mọi vật liệu từ tính tối thiểu 1 m, trên giá đỡ cách điện.
Kiểm chứng: vì sao với cuộn chuẩn chỉ cần đo dòng
Đây là đặc điểm làm IEC 61000-4-8 khác hẳn phép thử miễn nhiễm bức xạ. Với hai cuộn chuẩn một vòng, phân bố trường đã được biết trước và cho trong Phụ lục B của tiêu chuẩn. Vì vậy không cần kiểm chứng trường hay hiệu chuẩn trường — chỉ cần đo dòng là đủ.
Bảng 4 của tiêu chuẩn cho dòng tương ứng từng mức với cuộn 1 m × 1 m: 1,15 A cho mức 1; 3,45 A cho mức 2; 11,5 A cho mức 3; 34,48 A cho mức 4; 114,95 A cho mức 5. Với cuộn 1 m × 2,6 m, các giá trị lần lượt là 1,51 A; 4,54 A; 15,15 A; 45,45 A và 151,5 A.
Yêu cầu về độ chính xác của phép kiểm chứng rất rõ ràng:
- Với cuộn chuẩn: dùng đầu dò dòng và thiết bị đo có độ chính xác tốt hơn ±2 %.
- Với mọi cuộn khác: dùng máy đo cường độ trường có độ chính xác tốt hơn ±1 dB, và phải kiểm chứng phân bố trường với biến thiên tối đa ±3 dB.
Về máy phát, Bảng 3 quy định dải dòng ra: với cuộn vuông chuẩn, 1 A tới 120 A ở chế độ liên tục và 320 A tới 1 200 A ở chế độ ngắn hạn; với cuộn chữ nhật chuẩn, 1 A tới 160 A và 500 A tới 1 600 A. Dạng sóng hình sin, hệ số méo dòng ≤ 8 %, chế độ liên tục chạy được tới 8 giờ, chế độ ngắn 1 s tới 3 s, và đầu ra biến áp phải thả nổi, không nối với dây bảo vệ PE.
Thiết bị nhạy từ trường: ai cần quan tâm phép thử này
Thiết bị nhạy từ trường là nhóm có bộ phận phản ứng trực tiếp với từ trường, chứ không chỉ với điện trường:
- Thiết bị có cảm biến Hall, cảm biến từ trở hoặc la bàn điện tử.
- Đồng hồ đo điện có biến dòng và mạch đo dòng dùng lõi từ.
- Thiết bị có màn hình dùng tia điện tử, và thiết bị có bộ biến áp nguồn tuyến tính lớn.
- Rơ-le bảo vệ và thiết bị điều khiển lắp trong trạm biến áp — chính là nhóm mà tiêu chuẩn nhắm tới ở các mức cao.
Với phần lớn thiết bị điện tử số thông thường, mức 1 hoặc 3 A/m theo tiêu chuẩn miễn nhiễm chung là đủ. Mức 30 A/m trở lên chỉ có ý nghĩa với thiết bị lắp gần nguồn dòng lớn.
Thiết bị Keysight nằm ở đâu trong chuỗi này
Cần nói rõ để tránh hiểu nhầm khi lập dự toán: Keysight không sản xuất máy phát từ trường tần số nguồn hay cuộn cảm ứng IEC 61000-4-8. Phép thử đạt/không đạt phải dùng hệ máy phát chuyên dụng kèm cuộn đúng kích thước. Thiết bị Keysight đóng ba vai trò khác, đều nằm ở phần kiểm chứng và gỡ lỗi:
Thứ nhất, kiểm chứng dòng trong cuộn. Đây là phép đo mà tiêu chuẩn yêu cầu độ chính xác tốt hơn ±2 %. Keysight 34465A là đồng hồ vạn năng để bàn 6½ chữ số, dùng cùng đầu dò dòng để đọc dòng cuộn và đối chiếu với Bảng 4. Ở đây độ ổn định dài hạn và trạng thái hiệu chuẩn của đồng hồ quyết định trực tiếp tính hợp lệ của phép kiểm chứng.
Thứ hai, kiểm hệ số méo dòng. Yêu cầu ≤ 8 % là một phép đo hài, không phải phép đo giá trị hiệu dụng. Keysight MSOX4154G là máy hiện sóng tín hiệu hỗn hợp 1,5 GHz, dùng đầu dò dòng để bắt dạng sóng rồi phân tích phổ bằng FFT — cách trực tiếp để xác nhận dòng thực sự là hình sin trong dung sai cho phép, thay vì tin vào chỉ báo của máy phát.
Thứ ba, gỡ lỗi khi thiết bị không đạt. Khi một thiết bị trượt phép thử, câu hỏi tiếp theo là bộ phận nào nhạy. Keysight N9030B PXA và Keysight N9952A FieldFox — bản cầm tay, tiện khi phải đo ngay tại phòng thử hoặc tại hiện trường lắp đặt — dùng cùng đầu dò trường gần để khoanh vùng khu vực nhạy trên bo mạch. Cách làm này tương tự tinh thần của phương pháp tiệm cận mà tiêu chuẩn mô tả: di chuyển một cuộn nhỏ dọc theo cạnh thiết bị để phát hiện vùng đặc biệt nhạy. Kỹ thuật đầu dò trường gần đã được trình bày trong bài chẩn đoán bằng đầu dò trường gần EMI.
Để đặt phép thử này vào bối cảnh cả họ IEC 61000-4, xem thêm miễn nhiễm bức xạ theo IEC 61000-4-3, miễn nhiễm dẫn theo IEC 61000-4-6 và phóng tĩnh điện theo IEC 61000-4-2.
Kết luận
IEC 61000-4-8 là phép thử có cấu trúc đơn giản một cách dễ chịu: một cuộn dây hình học xác định, một dòng hình sin tần số nguồn, và một bảng tra từ mức thử ra dòng. Chính vì phân bố trường của cuộn chuẩn đã biết trước mà phép kiểm chứng rút gọn về đo dòng với độ chính xác tốt hơn ±2 % — nhưng đúng vì thế, chất lượng của đầu dò dòng và đồng hồ đo trở thành điểm tựa của toàn bộ kết quả. Với cuộn phi chuẩn, gánh nặng chuyển sang máy đo cường độ trường và phép kiểm phân bố ±3 dB.
Techmaster Electronics là đại lý uỷ quyền của Keysight tại Việt Nam, vận hành phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025 cho đồng hồ vạn năng, máy hiện sóng, đầu dò dòng và máy phân tích phổ — chuỗi thiết bị mà IEC 61000-4-8 dựa vào để tuyên bố mức thử là hợp lệ. Để được tư vấn hoặc đặt lịch hiệu chuẩn, vui lòng liên hệ hotline 0908 173 345.
