Приложение А (справочное). Объяснение показателей фликера

Приложение А
(справочное)

Объяснение показателей фликера

А.1 Общие положения

Следующая справочная информация предназначена для содействия пользователю настоящего стандарта в расчете максимально допустимого полного сопротивления системы электроснабжения с целью соответствия оборудования нормам, приведенным в разделе 5. Информация, приведенная в настоящем приложении, в основном относится к оборудованию без плавного пуска или остановки. Современное энергосберегающее оборудование с корректно работающим управлением скоростью запуска и остановки или контролем мощности (например, частотно-регулируемый привод) обычно имеет плавную характеристику запуска и остановки.

А.2 Разъяснение раздела 6

В разделе 6 представлены формулы для определения требуемого Z _sys как функции Z _ref. Формулу (А.1) предлагается использовать для нескольких единиц оборудования:

,

(А.1)

где Z _sys - полное сопротивление, необходимое при оценке для соответствия P _st требованиям. Значение дозы фликера P _st, вызываемой одиночной единицей оборудования, при стандартном полном сопротивлении Z _ref обозначено P _st@Zref. Степень 3/2 предлагается использовать для учета совокупного воздействия фликера, вызываемого несколькими единицами оборудования. Однако существуют некоторые граничные условия при использовании этой формулы, которые могут привести к недо- или переоцененным результатам в зависимости от конкретной ситуации.

В качестве наглядного примера используется асинхронный электродвигатель, который будет рассматриваться как одиночная единица оборудования, подлежащего анализу. Предполагается, что он создает довольно существенное изменение напряжения, поэтому способствует достижению большего значения P _st, чем допускает IEC 61000-3-3, что приводит к применению требований IEC 61000-3-11. Характеристика относительного изменения напряжения при запуске электродвигателя показана на рисунке А.1. Значение P _st получают, используя кривую коэффициента формы (см. IEC 61000-3-3 (рисунок 5)) и кривую "P _st = 1" (см. IEC 61000-3-3 (рисунок 2)), что является принятым методом оценки P _st, описанным в IEC 61000-3-3.

Рисунок А.1 - Типовая характеристика относительного изменения среднеквадратичного напряжения при запуске электродвигателя

Длительность фронта T _f = 20 мс и спада T _t = 200 мс на характеристике изменения напряжения при запуске электродвигателя (см. рисунок А.1). Используя кривую коэффициента формы, можно определить коэффициент формы по приблизительной оценке F = 0,93. Кривую "P _st = 1" можно использовать для прогнозирования фактического значения P _st, которое будет вызываться различным числом изменений за период времени, равный 10 мин.

Используя запуск электродвигателя как один из примеров оборудования, которое характеризуется относительно высоким значением d _max и очень малыми другими отклонениями, можно сделать вывод, что значение P _st будет в значительной степени зависеть от значения d _max и соответствующей формы характеристики относительного изменения напряжения, вклад которой учитывается коэффициентом формы F = 0,93. Принимая во внимание нормы, приведенные в разделе 5, устанавливают максимальное значение d _max = 6 %. При условии, что полное сопротивление системы Z _sys обусловлено ограничением d _max = 6 %, то связанное с ним значение P _st определяется с учетом коэффициента формы, как указано в формуле (А.2), где значение d = 7,4 принято в соответствии с кривой "P _st = 1" для однократного изменения (t = 1) за период времени, равный 10 мин.

.

(А.2)

В случае многократных флуктуаций, вызываемых n идентичными единицами оборудования, необходимо учитывать отклик фликерметра. Мгновенное значение фликера P _inst, которое является дискретным значением и статистически оценивается за период времени, равный 10 мин, для формирования значения P _st, будет убывать от некоторого максимального значения до почти нуля по экспоненциальному закону за 30 с или меньше. Это означает, что события однократного изменения, такие как ступенчатое изменение или запуск электродвигателя, могут рассматриваться как независимые события в течение периода времени оценки P _st, равного 10 мин, и для простоты анализа интервал между n идентичными флуктуациями можно принять равным 10/n мин (при условии, если 10/n больше 0,5 мин). Это предположение позволяет оценить два независимых события, используя анализ коэффициента формы и кривую "P _st = 1" с частотой флуктуации, равной n изменений, за 10 мин. Используя результат для однократного изменения (см. формулу (А.2)) и предположение, что две единицы оборудования вызывают одинаковые изменения (n = 2 изменения/10 мин), можно получить прогнозируемый результат P _st = 1,213, который рассчитан с использованием кривой "P _st = 1" и в соответствии с которой для 2 изменений за 10 мин в формуле (А.2) вместо значения 7,4 используется 4,6. Понятно, что несколько единиц оборудования (n = 2 или больше), по отдельности соответствующих разделу 5, при запуске за один и тот же период времени, равный 10 мин, будут превышать норму P _st, равную единице.

Использование закона суммирования является альтернативным по отношению к вышеуказанному способу учета совокупного воздействия фликера (использованию для n = 2, 3 или больше изменений за 10 мин коэффициентов формы и кривой "P _st = 1"). Закон суммирования может использоваться для объединения индивидуальных эффектов многократных флуктуации в единое значение P _st для группы оборудования. Кубический закон суммирования применяется для общего использования и также является принятым методом IEC 61000-3-11. Допуская, что n единиц оборудования в группе вызывают равные значения P _st при определенном полном сопротивлении системы Z _sys (P _st@Zsys), получают, что общее суммарное значение P _st, вызываемое n единицами оборудования, обычно определяемое формулой (А.3), упрощается до формулы (А.4).

,

(А.3)

.

(А.4)

Используя значение P _st@Zsys = 0,754, полученное из анализа коэффициента формы для n = 1, формулу (А.4), можно показать, что для количества оборудования n = 3, общее значение P _{st,total@Zsys} = 1,088, что не соответствует норме. Используя подход закона суммирования в формуле (А.4), понятно, что 3 или большее число единиц оборудования, каждое из которых отдельно соответствует разделу 5, приведут к обстоятельству, при котором общий P _st будет больше единицы.

Допуская, что Z _sys установлено для получения d _max = 6 % (при определенном Z _sys) в соответствии с разделом 6, можно утверждать, что работа некоторого количества оборудования определенно приведет к обстоятельствам, при которых P _st будет больше единицы. Это заключение верно, если используется для расчета коэффициент формы и кривая "P _st = 1" или используется кубический закон суммирования.

Используя закон суммирования, который учитывает совокупное воздействие фликера, можно определить новое значение полного сопротивления системы Z _sys,total, при котором работа некоторого количества оборудования приведет к P _st,total, равному единице. Принимая во внимание уже известную зависимость между полным сопротивлением системы, изменением напряжения и P _st, можно записать формулу (А.5) для определения полного сопротивления системы Z _sys,total.

.

(А.5)

Подставляя результаты кубического закона суммирования из формулы (А.4) и далее возвращаясь к уровню стандартного полного сопротивления, при необходимости можно получить формулу (А.6) для уточнения значения Z _sys,total, необходимого для обеспечения того, чтобы совокупное воздействие нескольких идентичных единиц оборудования привело к итоговому результату P _{st,total@Zsys,total}, равному единице. Следует отметить, что результат зависит как от количества единиц оборудования n, так и от значения P _st, которое вызывается одной единицей оборудования, подключенной к системе электроснабжения с полным сопротивлением Z _sys, определяемого в соответствии с разделом 5 (или первоначальным стандартным полным сопротивлением Z _ref).

.

(А.6)

Третья формула 6.3.2, аналогичная формуле (А.7) и применяемая для расчета при некотором количестве (идентичного) оборудования, основана на кубическом законе суммирования.

.

(А.7)

В разделе 6 полное сопротивление системы зависит только от значения P _st одной из нескольких единиц оборудования, а степень 3/2 предположительно учитывает совокупное воздействие фликера некоторого количества оборудования. Формулы (А.6) и (А.7) предназначены для схожих ситуаций, но результирующие требуемые значения полных сопротивлений значительно отличаются. Связь между ними можно установить, уравняв Z _sys,total (см. формулу (А.6)) с Z _sys (см. формулу (А.7)), и привести, как указано в формулах (А.8) и (А.9).

,

(А.8)

.

(А.9)

Как видно из формулы (А.9), два результата (в формулах (А.6) и (А.7)) равны только при определенном количестве единиц оборудования n, нелинейно зависящих от значения P _st, которое вызывается одним количеством оборудования при стандартном полном сопротивлении. Для оборудования, которое вызывает значение P _st лишь немного больше единицы при стандартном полном сопротивлении, расчетное значение n будет малым. Возвращаясь к тому, что n - это количество единиц оборудования, которое может быть подключено для обеспечения значения общего P _st, равного единице, и что значение n рассчитывается с широкоприменяемым законом суммирования, можно сделать следующие выводы:

1) Для отдельной единицы оборудования, вызывающей P _st немного больше единицы при стандартном полном сопротивлении, применение третьей формулы 6.3.2 приведет к недооценке, и результирующее значение полного сопротивление системы может быть завышено. Применение кубического закона суммирования в этом случае предполагало бы, что только очень малое количество идентичных единиц оборудования может быть подключено для обеспечения условий, при которых общее значение P _st не превышает единицы. В этом случае владелец или оператор сети электроснабжения сталкивается с повышенным риском, вызываемым фликером, если фактическое количество подключаемых единиц оборудования велико.

2) Для отдельной единицы оборудования, производящей P _st значительно больше единицы при стандартном полном сопротивлении, применение третьей формулы 6.3.2 приведет к переоценке, и результирующее значение полного сопротивление системы может быть занижено. Применение кубического закона суммирования в этом случае предполагало бы, что только (относительно) большое количество идентичных единиц оборудования может быть подключенным для обеспечения условий, при которых общее значение P _st не превышает единицы. В этом случае производитель оборудования сталкивается с экономическими рисками по причине требования малого полного сопротивления системы для (относительно) большого фактического количества функциональных единиц.

Следовательно, нельзя подтвердить или опровергнуть общее применение третьей формулы 6.3.2. Обоснованность результата в соответствии с кубическим законом суммирования зависит от значения P _st, полученного при стандартном полном сопротивлении. По этой причине третья формула 6.3.2 может использоваться в качестве одного из альтернативных совокупных предположений относительно n и P _st@Zref. Общая взаимосвязь между ними указана в формуле (А.9) и представлена графически на рисунке А.2.

Большая часть оборудования, рассматриваемого IEC 61000-3-11, будет производить P _st больше единицы при Z _ref. Любое из этого оборудования может быть без надобности ограничено третьей формулой 6.3.2, пока не произойдет относительно высокая степень его внедрения. Некоторая меньшая часть оборудования, рассматриваемая IEC 61000-3-11, может производить значение P _st, ненамного превышающее единицу при Z _ref. Такое оборудование может представлять проблемы для общественных систем электроснабжения при относительно малой степени внедрения. Требования к полному сопротивлению формул (А.6) и (А.7), нормализованных к Z _ref, показаны на рисунке А.3 для различных уровней P _st, производимых отдельной единицей оборудования. Очевидно, что владелец или оператор системы электроснабжения находится в невыгодных условиях при использовании формулы (А.7) для низких (индивидуальных) уровней P _st, тогда как производители оборудования находится в невыгодных условиях при высоких (индивидуальных) уровнях P _st. Однозначный вывод состоит в том, что невозможно прийти к общему заключению, не сделав предположения относительно степени внедрения n и индивидуального значения P _st@Zref.

Рисунок А.2 - Визуализация отношения между некоторым количеством оборудования n и P _st

Рисунок А.3 - Требования к полному сопротивлению как функции отдельных значений P _st@Zref и степени внедрения n

Следует отметить, что меньшее оборудование, относящееся к IEC 61000-3-3, которое производит P _st@Zref меньше единицы, может производить P _st,total больше единицы при подключении некоторого группового оборудования. В случае P _st@Zref < 1 подход третьей формулы 6.3.2 не работает, и следует использовать подход кубического закона суммирования. Также более крупное оборудование, вероятно, произведет более высокие значения P _st@Zref. В этом случае потребуется относительно высокая степень внедрения для создания проблем в общественной сети электроснабжения, так как ограничено результатом третьей формулы 6.3.2. Существующие третья и четвертая формулы 6.3.2 предназначены для охвата некоторого группового оборудования на практике, так как такой подход используется много лет без возражений со стороны владельцев, операторов сети электроснабжения или производителей. Поскольку внедрение схожего оборудования продолжает возрастать, то может потребоваться необходимость пересмотреть прямое использование кубического закона суммирования, возможно, с группировкой категорий оборудования, основанной на произведенном значении P _st.