Приложение В (справочное). Низкочастотные электромагнитные помехи

Приложение В
(справочное)

Низкочастотные электромагнитные помехи

В.1 Коммутационные вырезы

В.1.1 Описание случаев

Коммутационные вырезы вызываются короткими замыканиями "линия - линия" на зажимах тиристорного преобразователя. Они возникают, когда происходит коммутация тока от одной фазы электропитания к следующей. Коммутационные вырезы представляют собой отклонения напряжения сети переменного тока от мгновенного значения основной составляющей. Коммутационные вырезы наблюдаются в точках систем электроснабжения, их значение зависит от соотношения полных сопротивлений источника электропитания и развязывающей реактивности в тиристорном преобразователе.

Анализ коммутационных вырезов требует учета более широкой полосы частот, чем обычный гармонический анализ. Характеристики коммутационных вырезов во временной области вызывают эффекты, которые не могут быть учтены при простом гармоническом анализе. Поэтому вырезы анализируют во временной области с использованием осциллографа.

Следует помнить, что:

- в простых случаях, при которых применяется это правило, допускается, что полное сопротивление электрической сети может моделироваться чистым реактивным сопротивлением: Z = L. (Это допущение недействительно при наличии конденсаторов или длинных кабелей, так как в этих случаях могут происходить резонансы);

- устойчивость к коммутационным вырезам классифицирована в 2.5.4.1 [5], где они измеряются по глубине d, в % , и по площади (глубине, умноженной на ширину , в ). определяется в [5] как максимальное мгновенное значение (амплитуда) , исключая переходные процессы, представляет собой напряжение "линия - линия" на линейной стороне преобразователя или трансформатора (при наличии).

Если преобразователь не содержит какой-либо индуктивности, глубина основного провала линейного напряжения на зажимах самого преобразователя (но не на зажимах ОМП/ПМП) d, %, равна

,

(В.1)

где - угол зажигания преобразователя с фазовым управлением (соответствует естественной точке коммутации диода).

В принципе, вырез характеризуется значением линейного напряжения на зажимах преобразователя, равным 0 В.

Аппроксимация дает недооценку d для < 90° и переоценку d для > 90°.

Площадь коммутационного выреза, , может быть аппроксимирована с помощью простого соотношения (например, для трехфазной мостовой схемы условия аппроксимации см. в примечании ниже):

,

(В.2)

где - общее линейное полное сопротивление в каждой фазе (принимаемое здесь как чистое реактивное сопротивление), включая любое полное сопротивление в ПМП;

- основная составляющая тока на стороне линии;

- напряжение "линия - линия".

Очевидно, что наихудший случай имеет место, когда СЭП в текущий момент времени находится в условиях ограничения тока.

Примечание - При коммутационном угле u от до ( + u) коммутационное напряжение равно

и

,

площадь коммутационного выреза равна

;

(В.3)

;

где - коммутационный ток.

Рисунок В.1 - Типовая форма коммутационных вырезов. Отличие от неповторяющихся переходных процессов

Допускаем, что = 0,75 , и учитываем колебание в трехфазной мостовой схеме

,

а, ,

;

(B.4)

;

или (в установленных единицах величин)

.

B.1.2 Вычисление

B.1.2.1 Общая оценка

При действительных предположениях, указанных выше, глубина выреза в точке подключения , %, равна

,

(B.5)

где - общее линейное сопротивление ( = + )

- развязывающее реактивное сопротивление между точкой подключения и зажимами преобразователя (если они входят или не входят в ПМП);

- полное сопротивление питающей электрической сети в точке подключения.

Возможности управления амплитудой преобразователя (например, в случае трехфазного мостового преобразователя) часто выражаются значением sin .

Глубина выреза варьируется от 100% на зажимах преобразователя до 0% на нулевом полном сопротивлении источника.

Добавление развязывающего реактивного сопротивления между точкой подключения ОМП снижает глубину выреза, но ее ширину в точке подключения повышает, так что площадь выреза () остается постоянной:

.

(В.6)

В простых случаях, где применяются вышеупомянутые допущения, эти уравнения могут использоваться для определения необходимого развязывающего реактивного сопротивления. Учитывая предельную глубину выреза (см. таблицу В.1) и возможности управления амплитудой преобразователя, глубина выреза в точке подключения равна

.

(В.7)

Значение , определяемое пользователем, позволяет монтажнику вычислить значение , из которого можно вычесть внутреннее развязывающее реактивное сопротивление (при наличии). Оставшееся значение и является значением реактивного сопротивления, которое нужно применить для правильной развязки.

Примечание - В вышеприведенных расчетах не учитываются короткие одиночные импульсы в начале и в конце коммутационного выреза.

B.1.2.2 Практические правила

Приведенный в В.1.2.1 расчет устанавливает практическое правило для снижения электромагнитной эмиссии с помощью применения реактивного сопротивления .

Основные соотношения в предположении, что полное сопротивление электрической сети является чисто реактивным, будут следующими:

;

(В.8)

;

(В.9)

;

(В.10)

.

(В.11)

Для параллельно включенных преобразователей, подсоединенных к одной и той же линии, см. [5].

Следует учитывать, что соответствие критерию эмиссии коммутационных вырезов не означает автоматического обеспечения соответствия критерию эмиссии гармонических составляющих. Аналогично соответствие критерию эмиссии гармоник автоматически не обеспечивает соответствия критерию эмиссии коммутационных вырезов.

Аспект устойчивости к электромагнитным помехам не охватывается полностью критерием эмиссии гармонических искажений. В действительности, так как критерий эмиссии гармоник не подразумевает установления каких-либо фазовых соотношений между различными гармониками, он не исключает наличия частной формы напряжения на зажимах СЭП. Так как частная форма напряжения коммутационных вырезов (dv/dt, возможное прохождение через ноль) влияет на работу демпфирующих устройств или может повлиять также на электронное управление, конкретный критерий устойчивости к электромагнитным помехам установлен в [6] и [7] и определен также в 4.1.1 [6] и [7] в качестве электрических рабочих условий.

B.1.3 Рекомендации в отношении коммутационных вырезов

В.1.3.1 Электромагнитная эмиссия

Рекомендации ниже к силовым преобразователям, конструкция которых такова, что коммутационные вырезы заведомо исключены или имеют пренебрежимо малую амплитуду, не применяют.

Примечание - Например, непрямые преобразователи источников напряжения инвертерного типа с активными фронтами и окончаниями импульсов, оборудованные развязывающим фильтром, сконструированные для ослабления эффектов частоты переключений, не создают коммутационных вырезов. Простые диодные выпрямители создают вырезы пренебрежимо малой амплитуды. Практически рассматривать эмиссию коммутационных вырезов следует в случае применения ведомых сетью тиристорных преобразователей.

Соответствие рекомендациям, касающимся коммутационных вырезов, не исключает необходимости проверки соответствия требованиям, относящимся к гармоникам. Глубину основных вырезов в точках подключения (ТОП или ТВП) следует ограничивать в соответствии с таблицей В.1 в предположении, что полное сопротивление электрической сети является чисто реактивным

со значением, равным 1,5% (по отношению к номинальной мощности СЭП).

Примечание - При монтаже СЭП полное сопротивление электрической сети практически определяют по значению мощности короткого замыкания в точке присоединения.

.

(В.12)

Таблица В.1 - Максимальная допустимая глубина коммутационных вырезов в точке подключения

Параметр	Первая электромагнитная обстановка	Вторая электромагнитная обстановка
Максимальная глубина вырезов	20% Класс С по [5] или соответствие национальным требованиям поставщиков электрической энергии	40% Класс В по [5] или по соглашению с пользователем

Примечания

1 Эти правила неприменимы, если ожидаются резонансы из-за емкостей или больших длин кабелей.

2 Для некоторых специальных распределительных сетей может быть необходимо специальное рассмотрение (например, для внутренних распределительных сетей в госпиталях. В таких случаях условия должны быть установлены пользователем.

Соответствие может быть определено расчетами, имитацией или измерениями.

Если СЭП не соответствует рекомендациям, то для предоставления пользователю возможности обеспечить соответствие рекомендациям изготовитель должен указать в эксплуатационных документах следующие сведения:

- максимальное и минимальное значения полного сопротивления электрической сети для нормального функционирования ПМП/ОМП;

- детальные характеристики развязывающей реактивности , включенной в ПМП/ОМП (при наличии);

- детальные характеристики развязывающей реактивности , которая может быть поставлена дополнительно.

Примечание - Минимальное полное сопротивление непосредственно связано с максимальной площадью коммутационных вырезов в точке подключения (см. В.1.1).

Вместе с тем при параллельном подключении нескольких СЭП к одной и той же точке подключения для ограничения коммутационных вырезов необходим системный подход и простые правила неприменимы.

Примечание - Практически рассматривать устойчивость другого оборудования при воздействии коммутационных вырезов СЭП следует в случае применения помехоподавляющих радиочастотных фильтров.

В.1.3.2 Устойчивость к электромагнитным помехам

Вредное воздействие коммутационных вырезов на СЭП может быть много большим, чем то, которое будет определено при проведении анализа в частотной области для определения их вклада в коэффициент полных гармонических искажений. Поэтому необходим анализ коммутационных вырезов во временной области.

Необходимо отметить, что воздействия гармонических составляющих и коммутационных вырезов влияют на работу электронных устройств управления, а также на работу некоторых силовых например демпфирующих, устройств.

Так как нарушения функционирования электронных систем управления возникают немедленно, а демпфирующие устройства обладают малой тепловой постоянной времени, длительность испытаний на устойчивость к воздействию коммутационных вырезов при установившихся условиях (при их проведении) не должна превышать 1 ч.

Ниже представлены некоторые практические случаи, когда следует рассматривать устойчивость к коммутационным вырезам:

- при немедленном нарушении функционирования в результате воздействия, например, при воздействии на электронные синхронизирующие схемы, определяющие момент перехода напряжения через нуль;

- при термических перегрузках, например, перегрузках демпфирующих устройств в силовых преобразователях;

- при перенапряжениях в LC-схемах, например, в радиочастотных помехоподавляющих фильтрах.

В.2 Определения, относящиеся к гармоникам и интергармоникам

B.2.1 Общее обсуждение

B.2.1.1 Анализ несинусоидальных напряжений и токов

Классический анализ с применением ряда Фурье [21] позволяет представить любую несинусоидальную, но периодическую величину в виде совокупности синусоидальных составляющих, частоты которых образуют ряд частот, а также составляющей постоянного тока. Наименьшая частота в ряду частот называется основной частотой [21]. Другие частоты в ряду частот являются целыми кратными основной частоте и называются "гармоническими частотами". Соответствующие им составляющие называются основной и гармоническими составляющими соответственно. Преобразование Фурье может быть применено к любой функции, периодической или непериодической. Результат преобразования представляет собой спектр в частотной области, который в случае непериодической функции времени является непрерывным и не содержит основной составляющей. Частным случаем применения преобразования Фурье к периодической функции является линейный спектр в частотной области, в котором спектральные линии представляют собой основную и гармонические составляющие, соответствующие составляющим ряда Фурье.

Примечания

1 При анализе напряжения в системе электропитания составляющая основной частоты имеет наибольшую амплитуду, хотя не обязательно является первой линией в спектре, полученном с применением быстрого преобразования Фурье к функции времени.

2 При анализе тока составляющая основной частоты необязательно имеет наибольшую амплитуду.

B.2.1.2 Электромагнитные явления, изменяющиеся во времени

На напряжения и токи в типовой системе электроснабжения непрерывно воздействуют переключения и изменения линейных и нелинейных нагрузок. Однако для целей анализа напряжения и токи считают стационарными в пределах измерительного окна, длительность которого (приблизительно 200 мс) является целым кратным периоду напряжения электропитания. Гармонические анализаторы конструируют так, чтобы достичь наилучшего компромисса, который эта технология может обеспечить (см. ГОСТ Р 51317.4.7).

B.2.2 Термины и определения, связанные с электромагнитными явлениями

B.2.2.1 основная частота (fundamental frequency): Частота в спектре, полученном преобразованием Фурье функции времени, которой кратны все частоты спектра. В контексте требований настоящего стандарта это та же частота, что и частота электропитания преобразователя, или частота, генерируемая преобразователем, с учетом конкретного рассматриваемого случая (см. [21] (статья 101-14-50)).

Примечания

1 В [22] (551-20-01) и (551-20-02) составляющие определены как результат анализа Фурье, при этом частоты составляющих являются следствием. В настоящем разделе применены определения терминов, основанные на подходе подкомитета 77А Технического комитета МЭК 77 "Электромагнитная совместимость", в соответствии с которым вначале устанавливают определения частот, а составляющие являются следствием. Противоречия между данными двумя подходами отсутствуют.

2 В случае периодической функции основная частота всегда равна частоте самой функции (см. [22] (551-20-03) и (551-20-01)). Это определение соответствует подлинному определению термина "опорная основная частота" в соответствии с [22] (551-20-04) и (551-20-02), в котором термин "опорный" может быть исключен, если имеется риск неопределенности.

3 В случае любого остающегося риска неопределенности частота электроснабжения должна быть сопоставлена с полярностью и скоростью вращения синхронного генератора (генераторов), питающего систему.

4 Данное определение может быть применено к любой промышленной питающей электрической сети, без учета подключенных нагрузок (одиночной нагрузки или комбинации нагрузок, вращающихся машин или иных нагрузок) и даже если генератор, питающий сеть, представляет собой статический преобразователь.

B.2.2.2 основная составляющая [fundamental component (or fundamental)]: Составляющая, частота которой представляет собой основную частоту.

B.2.2.3 частота гармоники (harmonic frequency): Частота, кратная основной частоте. Отношение этой частоты к основной частоте называется порядком гармоники (рекомендуемое обозначение h) (см. [22] (551-20-07), (551-20-05) и (551-20-09)).

B.2.2.4 гармоническая составляющая (harmonic component): Любая составляющая на частоте гармоники. Уровень гармоники обычно выражают в среднеквадратических значениях.

Примечание - Для краткости гармонические составляющие называют гармониками.

B.2.2.5 частота интергармоники (interharmonic frequency): Любая частота, не кратная основной частоте (см. [22] (551-20-07), (551-20-05) и (551-20-09)).

Примечания

1 Применяя расширительное толкование термина "порядок гармоники", под порядком интергармоники понимают отношение частоты интергармоники к основной частоте. Это отношение не является целым числом (рекомендуемое обозначение m).

2 Если m < 1, допускается применение термина "субгармоника", см. [22] (551-20-10).

B.2.2.6 интергармоническая составляющая (interharmonic component): Составляющая на частоте интергармоники. Уровень интергармоники обычно выражают в среднеквадратических значениях.

Примечания

1 Для краткости интергармонические составляющие называют интергармониками.

2 В соответствии с требованиями ГОСТ Р 51317.4.7 и в контексте требований настоящего стандарта длительность измерительного окна равна 10 периодам основной частоты для систем 50 Гц и 12 периодам основной частоты - для систем 60 Гц, т.е. приблизительно 200 мс. Следовательно, разность частот двух последовательных интергармонических составляющих равна приблизительно 5 Гц. В случае иной основной частоты длительность измерительного окна следует выбирать между шестью периодами основной частоты (приблизительно 1000 мс для 6 Гц) и 18 периодами основной частоты (приблизительно 100 мс для 180 Гц).

B.2.2.7 содержание гармонических составляющих (harmonic content): Сумма гармонических составляющих периодической величины (см. [22] (551-20-12)).

Примечания

1 Содержание гармонических составляющих представляет собой функцию времени.

2 Для практического анализа может быть необходима аппроксимация периодичности.

3 Содержание гармонических составляющих зависит от выбора основной составляющей.

4 Среднеквадратическое значение содержания гармонических составляющих НС равно

,

(В.13)

где Q - ток или напряжение;

h - порядок гармоники (в соответствии с В.2.2.3);

Н = 40 для целей настоящего стандарта.

В.2.2.8 суммарный коэффициент гармонических составляющих (total harmonic distortion, THD): Отношение среднеквадратического значения содержания гармонических составляющих к среднеквадратическому значению основной составляющей или опорной основной составляющей переменной величины (см. [22] (551-20-13)).

Примечания

1 Содержание гармонических составляющих зависит от выбора основной составляющей.

2 Суммарный коэффициент гармонических составляющих может быть ограничен определенным порядком гармоники (рекомендуемое обозначение Н). Для целей настоящего стандарта Н = 40:

,

(В.14)

где Q, в дополнение к примечанию В.2.2.7, - среднеквадратическое значение гармонической составляющей.

В.2.2.9 суммарное содержание искажений (total distortion content): Величина, получаемая вычитанием из переменной величины основной составляющей или опорной основной составляющей (см. [22] (551-20-11)).

Примечания

1 Суммарное содержание искажений включает в себя гармонические и интергармонические составляющие (при наличии).

2 Суммарное содержание искажений зависит от выбора основной составляющей.

3 Суммарное содержание искажений представляет собой функцию времени.

4 Переменная величина (обозначаемая Q) представляет собой переменную величину с нулевой составляющей постоянного тока.

5 Среднеквадратическое значение суммарного содержания искажений DC равно

,

(В.15)

где обозначения соответствуют введенным в В.2.2.7 и В.2.2.8. См. также [22] (101-14-54) и (551-20-06).

В.2.2.10 суммарное отношение искажений [total distortion ratio (TDR)]: Отношение среднеквадратического значения суммарного содержания искажений к среднеквадратическому значению основной составляющей или опорной основной составляющей переменной величины (см. [22] (551-20-14)).

Примечание - Суммарное отношение искажений зависит от выбора основной составляющей.

.

(В.16)

B.2.2.11 суммарный коэффициент искажений [total distortion factor (TDF)]: Отношение среднеквадратического значения суммарного содержания искажений к среднеквадратическому значению переменной величины (см. [21] (101-14-55), [22] (551-20-160)).

Примечания

1 Суммарный коэффициент искажений зависит от выбора основной составляющей:

.

(В.17)

2 Отношение TDF к TDR равно отношению среднеквадратического значения основной составляющей к суммарному среднеквадратическому значению. Эта величина представляет собой коэффициент основной составляющей [fundamental factor (FF)] (см. ГОСТ Р 50397, статья 161-02-22):

.

(В.18)

B.2.2.12 индивидуальное отношение искажений [individual distortion ratio (IDR)]: Отношение любой гармонической составляющей к основной составляющей

.

(В.19)

В.2.3 Условия применения

В.2.3.1 Опорные величины

Для целей настоящего стандарта и обеспечения ясности установленные нормы относят к соответствующим номинальным значениям.

Нормы для THD и TDR применяют к

(B.20)

и

или

,

где - номинальное среднеквадратическое значение основной составляющей.

Примечание - Важно отметить, что суммарный коэффициент гармонических составляющих THD не включает в себя интергармонические составляющие, и предельный порядок гармоники равен 40. Суммарное отношение искажений TDR включает в себя интергармонические составляющие, а также полосу частот от гармонической составляющей 40-го порядка до 9 кГц. Если интергармонические составляющие и создаваемые помехи на частотах выше частоты гармонической составляющей порядка 40 пренебрежимо малы, THD и TDR равны. Суммарный коэффициент искажений TDF, при применении которого искажения определяются суммарным среднеквадратическим значением напряжения или тока, используется редко. Для исключения возможных ошибок его применение не рекомендуется.

Оценку создаваемых электромагнитных помех следует проводить при рабочих условиях, обеспечивающих максимальное значение содержания гармонических составляющих потребляемого тока в соответствии с ГОСТ Р 51317.3.12 при выполнении требований к номинальному значению. Вместе с тем интергармоники следует оценивать отдельно.

Примечание - Содержание гармонических составляющих потребляемого тока HCI определено в ГОСТ Р 51317.3.12 как полный гармонический ток ТНС, в котором интергармоники могут быть исключены, что представляет собой хорошее приближение к суммарному содержанию искажений потребляемого тока DCI:

.

(В.21)

B.2.3.2 Системы и установки

СЭП, как правило, является компонентом более крупной системы, которая может быть такой же крупной, как полная технологическая линия в бумажной или металлургической промышленности. В настоящем стандарте для исключения ошибок понятие "установка" используется исключительно для обозначения полной установки, которая соединена с ТОП (точкой общего присоединения) электрической сети общественной системы электроснабжения.

B.2.3.3 Режим нагрузки

Условия установившегося состояния системы представляют собой наихудший случай, учитывая, что общая длительность режима перегрузки (ускорение или иные режимы) не превышает 5% за 24 ч работы и 1% за семь дней работы. Если нагрузка системы определяется рабочим циклом, оценка эмиссии гармоник в течение периода наивысшей нагрузки должна проводиться в соответствии с методом измерений, установленным в ГОСТ Р 51317.4.7.

Условия перегрузки не рассматривают при оценке низковольтных СЭП с номинальным потребляемым током менее 75 А (см. В.3.2.2).

B.2.3.4 Согласованная мощность

Согласованная мощность определяется эквивалентным опорным током (суммарное среднеквадратическое значение):

,

(В.22)

где - номинальное (или заявленное) линейное напряжение в ТОП;

- опорный ток.

Важно отметить, что значение близко к номинальному значению тока расцепления прерывателя главной цепи установки. представляет собой мощность, передаваемую в любой момент времени в установку электрической сетью. Можно предположить, что для каждой согласованной мощности существует приемлемая мощность короткого замыкания (уровень короткого замыкания) , определяемая в ТОП.

Ответственность за ее определение следует возлагать на сетевую организацию.

Примечание - Значение связано с результатами соглашения между пользователем (владельцем установки) и поставщиком электрической энергии.

Если значение согласованной мощности применяют для определения силы тока, с которой сравнивают гармонические составляющие тока, чтобы выразить их относительно этого значения (в единицах величины), то опорный ток считают равным .

B.2.3.5 Согласованная внутренняя мощность (расширение определения согласованной мощности)

Согласованная внутренняя мощность для установки, определяемая в точке внутрипроизводственного присоединения (ТВП) , зависит от эквивалентного опорного тока (суммарное среднеквадратическое значение) для части А установки, получающей питание от :

,

(В.23)

где - номинальное линейное напряжение в ТВП .

Следует отметить, что представляет собой номинальный ток питающей секции части А установки. Значение близко к номинальному значению тока расцепления прерывателя этой части А установки.

Можно предположить, что для каждой согласованной внутренней мощности существует приемлемая мощность короткого замыкания (уровень короткого замыкания) , определяемая в ТВП .

Ответственность за ее определение возлагают на распорядителя внутренним распределением электроснабжения.

B.2.3.6 Отношение тока короткого замыкания источника в установке

представляет собой отношение тока короткого замыкания источника электропитания в определенной точке присоединения (ТП) к кажущейся номинальной мощности установки или части установки, получающей питание от этой ТП (см. рисунок В.2):

.

(В.24)

Индекс A в формуле (В.24) означает рассматриваемую часть установки, индекс означает точку присоединения, являющуюся исходной для этой части.

Примечания

1 В 1.5.35 [5] и 3.69 [23] относительная мощность короткого замыкания определена как отношение мощности короткого замыкания источника к кажущейся мощности основной составляющей на линейной стороне преобразователя (преобразователей). Это определение относится к данной точке электрической сети, установленным рабочим условиям и конкретной конфигурации сети. В настоящем стандарте применен такой же подход. Однако величина относится к номинальной кажущейся мощности суммарной нагрузки, подключенной к точке присоединения "вниз по потоку", а не к кажущейся мощности основной составляющей определенной нагрузки (преобразователя), подключенной к точке присоединения "вниз по потоку".

2 Данное определение может быть применено к различным установкам. В этом случае ТП представляет собой ТОП, и соответствует согласованной мощности.

3 Данное определение может быть также применено к отдельной части установки с номинальным током . Отношение тока короткого замыкания источника в установке выражается как отношение тока короткого замыкания в ТВП части установки к ее номинальному току.

4 Применяя расширительное толкование термина, данное определение может быть также применено к отдельной части оборудования с номинальным током . выражается как отношение тока короткого замыкания, существующего во внутренней рассматриваемой точке (обеспечиваемой источником) питаемой части оборудования. Данное расширительное толкование применимо только при рассмотрении внутренних составных частей оборудования.

5 Часть А установки с отношением тока короткого замыкания источника представлена на рисунке В.2. Часть А включает в себя часть В с отношением тока короткого замыкания источника , а также часть С и т.д. Часть В в свою очередь включает в себя часть В1, часть В2 и т.д. Такие разделения схем позволяют проводить анализ и оценку различных отношений тока короткого замыкания в различных возможных точках присоединения.

Рисунок В.2 - ТОП, ТВП, отношение тока установки и .

В.2.3.7 Отношение короткого замыкания

представляет собой отношение мощности короткого замыкания в ТОП к номинальной кажущейся мощности оборудования (см. ГОСТ Р 51317.3.4 и ГОСТ Р 51317.3.12):

.

(В.25)

Примечание - С учетом примера, приведенного на рисунке В.3, эта величина может быть выражена как функция от соответствующих значений. На рисунке В.3 представлена часть оборудования (е), получающая питание от шины () при токе короткого замыкания в ТОП и номинальном потребляемом токе .

Применение приведенных выше определений дает:

.

(B.26)

Это определение применимо при установлении условий присоединения части оборудования к низковольтной общественной распределительной сети с учетом требований ГОСТ Р 51317.3.4 и ГОСТ Р 51317.3.12.

Рисунок В.3 - ТОП, ТВП, отношение тока установки и

Примечание - Другое определение для выпрямителей, учитывающее постоянный ток, приведено в разделе А.2 [13].

В.2.3.8 СЭП, не создающие помех

На СЭП, соответствующие нормам ГОСТ Р 51317.3.2 или нормам ступени 1 ГОСТ Р 51317.3.4, может быть нанесена надпись "СЭП не искажает электромагнитную обстановку". Применение таких СЭП допускается без ограничений.

В.3 Применение стандартов эмиссии гармоник

В.3.1 Общие положения

В результате теоретического изучения силовых преобразователей и их применения преобразователи были моделированы как источники гармонических токов. Некоторые новые преобразователи, относящиеся к источникам напряжения (использующие ускоренную коммутацию и управление с использованием ШИМ), лучше рассматривать как источники гармонических напряжений, хотя они подключаются к ТП (которая также является источником напряжения), полное сопротивление (реактивность) которой преобразует их в источники тока.

Однако эта общепринятая модель неприменима, если внутреннее гармоническое полное сопротивление преобразователя является низким в сравнении с полным сопротивлением электрической сети. В качестве примера рассматривают случай диодного выпрямителя, в котором на сторонах переменного и постоянного тока отсутствуют какие-либо развязывающие реакторы. Гармонические напряжения будут определяться компонентами с низшим гармоническим полным сопротивлением.

При установлении модели источника гармонических токов необходимы минимальные знания системы.

Модель источника гармонических токов часто пригодна для большинства преобразователей и для гармонических составляющих до 25-го порядка. Однако такую модель следует изменить для частот, расположенных выше частот гармонических составляющих 40-го порядка, где более удобной, как правило, является модель источника гармонических напряжений. В средней области гармонических составляющих порядка от 25 до 40 необходимы специальные меры определения приемлемой модели.

Для того чтобы определить порядок и амплитуду различных гармонических составляющих для различных видов преобразователей, были представлены различные модели. Обзор этих публикаций приведен в [13] (раздел А.1) и в [7] (приложение В) или в [6] (приложение В), в которые включена информация из [24].

В настоящем стандарте данный анализ не приводится.

СЭП часто является источником гармонических токов, которые вызывают гармонические напряжения. Гармонические напряжения должны сравниваться с уровнями электромагнитной совместимости, установленными в [9], [10] или [2], ГОСТ Р 51317.2.4. Необходимо также учитывать влияние рабочих и монтажных условий, как установлено в [13], где также представлены методы суммирования гармоник.

Методы снижения уровней помех рассмотрены в приложении С, практические правила подключения СЭП - в В.4 настоящего приложения. С учетом промышленной практики, относящейся к СЭП класса С4, оптимальные решения определяют исходя из технических и экономических точек зрения. Они включают в себя упрощенные методы снижения помех, например, использование определенных трансформаторов со сдвигом фаз, применимых к различным СЭП.

Применение фильтров в каждой СЭП по отдельности может привести к опасному риску возникновения множественных резонансных частот. Кроме того, так как гармонические полные сопротивления, а также существующие искажения напряжения в основном неизвестны и нестабильны, то, в частности, трудно определить номинальные характеристики фильтра. Поэтому следует применять общий подход к фильтрованию установки в целом. Такой подход см. в [25].

В.3.2 Общественные электрические сети

B.3.2.1 Общие условия

Для низковольтных СЭП (с номинальным током свыше 16 А, но не более 75 А в одной фазе) в ГОСТ Р 51317.3.12 установлены ограничения гармонических токов, инжектируемых в общественные распределительные системы. Нормы, установленные в ГОСТ Р 51317.3.12, применимы прежде всего к электрическому и электронному оборудованию, предназначенному для подключения к общественным распределительным системам переменного тока. Если СЭП представляет собой оборудование, относящееся к области применения по ГОСТ Р 51317.3.12, применяют требования этого стандарта. Однако если одна или большее число СЭП входят в состав оборудования, относящегося к области применения ГОСТ Р 51317.3.12, требования этого стандарта применяют к комплектному оборудованию, а не к отдельным СЭП.

Испытательная установка для непосредственных измерений или валидации процесса компьютерной имитации, применяемая для СЭП, относящихся к области применения ГОСТ Р 51317.3.4 или ГОСТ Р 51317.3.12, состоит из источника напряжения и измерительного оборудования, как установлено в ГОСТ Р 51317.3.12. Если в качестве независимого источника электропитания для испытаний применяют синхронную машину, следует учитывать, что ее гармоническое полное сопротивление определяется полным сопротивлением отрицательной последовательности, а не током короткого замыкания.

Примечание - Если СЭП включает в себя трансформатор с фазовым сдвигом, точку измерения выбирают на первичной обмотке.

Измерения проводят при установившихся условиях. Условия работы с превышением мощности (при воздействии на момент вращения при полной скорости) не рассматривают, так как они относятся к исключительным применениям, и если имеют место, то достаточно ограничены по времени.

Фундаментальные различия процесса эмиссии гармоник силовой электроникой преобразователей в зависимости от их режима работы, потребления энергии или регенерации энергии отсутствуют.

Уровень электромагнитных помех может быть оценен прямыми измерениями либо имитацией при условиях, установленных в ГОСТ Р 51317.3.12. Обзор методов приведен в алгоритмах на рисунках В.4 и В.5.

Установлены два вида рабочих условий, чтобы учесть различные виды СЭП:

- номинальный потребляемый ток при базовой скорости в режиме двигателя (для преобразователя - источника напряжения);

- номинальный момент вращения при 66% базовой скорости в режиме двигателя (для тиристорного привода постоянного тока или преобразователя - источника тока).

Примечание - В [6] и [7] базовая скорость определена как минимальная скорость, при которой двигатель способен создавать максимальную выходную мощность. В случае преобразователя - источника напряжения это часто та же скорость, которую двигатель развивает при прямом питании от электрической сети.

Для оборудования, не относящегося к области применения по ГОСТ Р 51317.3.2 и ГОСТ Р 51317.3.12 (например, при номинальном токе свыше 75 А), приведены рекомендации в ГОСТ Р 51317.3.12 и В.4 настоящего приложения.

Примечание - Гармонические составляющие, создаваемые различными электрическими компонентами оборудования, могут быть суммированы с использованием более точного аналитического представления физического закона, соответствующего конструктивным особенностям СЭП и конструктивным особенностям других компонентов (см. В.3.3).

B.3.2.2 Оценка путем имитации

Оценку эмиссии индивидуальных гармонических составляющих от СЭП методом имитации следует проводить, применяя основные правила суммирования, представленные на рисунке В.4. Начальной ступенью являются характеристики СЭП и источника напряжения.

Рисунок В.4 - Оценка эмиссии гармонических составляющих от СЭП

В.3.2.3 Условия нагрузки при оценке путем испытаний

В.3.2.3.1 Общие положения

Если гармонические составляющие, создаваемые СЭП, измеряют по отдельности, то применяют условия нагрузки, соответствующие виду преобразователя СЭП, которые суммированы на рисунке В.5. Подробные сведения приведены в В.3.2.3.1 - В.3.2.4.

Рисунок В.5 - Условия нагрузки при измерениях гармонических составляющих, создаваемых СЭП

На рисунке В.6 представлена испытательная установка с использованием механической нагрузки. Рисунки В.7 и В.8 иллюстрируют возможности применения электрических нагрузок при отсутствии механической нагрузки.

Рисунок В.6 - Испытательная установка с механической нагрузкой

В.3.2.3.2 Диодный выпрямитель на входе

СЭП с диодным выпрямителем на входе (или тиристорным выпрямителем, или тиристорами, используемыми в качестве диодов с функцией переключателя) могут быть испытаны при 100%-ном номинальном потребляемом токе (среднеквадратическое значение), установленном в технической документации изготовителя. Необходимая нагрузка для получения потребляемого тока может быть обеспечена двигателем, выбранным изготовителем, и механической нагрузкой для работы в установившемся режиме.

Нагруженный двигатель может быть заменен электрической нагрузкой, подключаемой к выходу преобразователя или к выходу линии постоянного тока, при следующих условиях:

- на выходе преобразователя электрическая нагрузка должна состоять из индуктивности и резистора (см. рисунок В.7);

- на выходе линии постоянного тока электрическая нагрузка должна состоять из резистора (см. рисунок В.8).

Для номинального потребляемого тока, равного или превышающего 75 А, условия номинального потребляемого тока могут быть заменены условиями, максимизирующими THC.

Рисунок В.7 - Испытательная установка с электрической нагрузкой, заменяющей нагруженный двигатель

Рисунок В.8 - Испытательная установка с резистивной нагрузкой

B.3.2.3.3 Входной преобразователь, ведомый сетью

СЭП с входным преобразователем, ведомым сетью (тиристорным преобразователем) испытывают при номинальном среднеквадратическом значении потребляемого тока, установленном в технической документации изготовителя, или при меньшем значении, максимизирующем ТНС. В испытаниях в условиях регенерации нет необходимости. Необходимая нагрузка для получения соответствующего потребляемого тока может быть обеспечена двигателем, выбранным изготовителем, и механической нагрузкой для работы в установившемся режиме.

В случае преобразователя - источника тока нагруженный двигатель может быть заменен индуктором на выходе линии постоянного тока (заменяющим двигатель).

В случае преобразователя - источника напряжения тока нагруженный двигатель может быть заменен резистором на выходе линии постоянного тока (см. рисунок В.8).

Примечание - Условия, обеспечивающие максимальное значение ТНС, близки к условиям, обеспечивающим максимальное значение пульсаций (между пиковыми значениями) в линии постоянного тока на выходе входного преобразователя.

B.3.2.3.4 Самокоммутируемый входной преобразователь

СЭП с самокоммутируемым входным преобразователем испытывают при номинальном среднеквадратическом значении потребляемого тока, установленном в технической документации изготовителя, или при меньшем значении, максимизирующем ТНС. В испытаниях в условиях регенерации нет необходимости.

Необходимая нагрузка для получения соответствующего потребляемого тока может быть обеспечена двигателем, выбранным изготовителем, и механической нагрузкой для работы в установившемся режиме. Нагруженный двигатель может быть заменен резистором на выходе линии постоянного тока.

В.3.2.4 Максимальное значение ТНС

Работа при номинальном потребляемом токе не всегда является необходимой для соответствия требованиям максимизации суммарного тока гармоник (ТНС) (в потребляемом токе).

Примечание - В настоящем стандарте ТНС представляет собой суммарное содержание гармонических составляющих (см. В.2.2.7), что совпадает с определением в [22] (551-20-12). В ГОСТ Р 51317.3.12 ТНС обозначает суммарный гармонический ток, который можно рассматривать как суммарное содержание гармонических составляющих в токе.

Для определенных видов преобразователей (например, для преобразователей - источников тока) пульсации тока в линии постоянного тока зависят от скорости вращения двигателя. Наихудшие условия возникают при нулевой скорости, что эквивалентно замене нагруженного двигателя индуктором на выходе линии постоянного тока. Этот случай, в основном, не представляет нормальной работы СЭП.

Оценку гармонических токов, создаваемых различными видами СЭП с номинальным потребляемым током, равным или превышающим 75 А, проводят при следующих рабочих условиях:

- номинальный потребляемый ток при базовой скорости в режиме двигателя (для преобразователя - источника напряжения);

- номинальный ток двигателя при 66%-ной базовой скорости в режиме двигателя (для тиристорного привода постоянного тока или преобразователя - источника тока).

Для СЭП других видов, для которых неясно, при каком из вышеуказанных условий имеет место наихудший случай, следует проводить оценку при обоих указанных выше рабочих условиях. При каждом из этих условий гармонические токи должны быть оценены в процентах от номинального значения основной составляющей потребляемого тока. Условия, при которых значение ТНС будет наивысшим, следует рассматривать как наихудший случай.

Если эти два условия не могут быть оценены (путем испытаний или проверенной имитации) или если необходимо оценить низковольтную СЭП с номинальным потребляемым током менее 75 А, то в качестве альтернативы предлагается проверить условия максимума ТНС с использованием следующего упрощенного метода. Ток СЭП устанавливают ниже номинального значения потребляемого тока так, чтобы абсолютное значение тока пульсаций в линии постоянного тока было максимальным. Выполнение этого требования проверяют анализом формы тока при изменении прокладки линии постоянного тока.

Условия, обеспечивающие репрезентативность определения максимального значения ТНС, могут также быть выполнены при проведении испытаний или валидации процесса имитации с электрической нагрузкой путем регулирования среднего значения тока в линии постоянного тока.

Измерение индивидуального коэффициента искажений IDR (см. В.2.2.12) обеспечивает при этих условиях переоценку наиболее важных гармонических составляющих тока. Результаты этих измерений могут быть приняты в качестве результатов испытаний, если номинальное значение тока не достигается, а имитация не используется.

В.3.3 Методы суммирования гармонических составляющих в установке. Практические правила

B.3.3.1 Принципиальные положения

Гармонические составляющие от различных компонентов (частей оборудования) суммируются наиболее приемлемым способом. Выбранный метод суммирования может быть быстрым, но консервативным приближением. При необходимости повышенной точности может быть выбран приемлемый закон суммирования, учитывающий принцип действия и структуру преобразователей СЭП. Результаты сравнивают с номинальным значением основной составляющей тока аппарата или систем (кажущейся потребляемой мощностью).

B.3.3.2 Простое арифметическое суммирование гармонических токов

При этом подходе гармонические токи суммируются арифметически. Данный метод прост, но часто достаточно консервативен. Расчеты индивидуальных отношений искажений IDR (для каждого порядка) проводят для трехфазных компонентов с применением приведенного ниже уравнения, применимого для всех искажающих компонентов или части установки. HD представляет собой общее обозначение для IDR или THD. Индекс eq отмечает, что данная величина относится к определенной части оборудования в системе. Индекс IT отмечает, что пример относится к части установки, однако применим к установке в целом (с использованием индекса ST):

.

(В.27)

В этом уравнении выражает номинальный основной ток компонента (части оборудования), а HD - номинальный основной ток части установки (при согласованной внутренней мощности).

420

Для однофазных компонентов принимают во внимание дополнительный коэффициент учета несимметрии:

- для однофазных нагрузок, фаза - фаза, коэффициент равен :

;

(В.28)

- для однофазных нагрузок, фаза - нейтраль, коэффициент равен 3:

.

(В.29)

Дополнительный коэффициент учета несимметрии применяют к тем величинам, которые относятся к чрезмерным нагрузкам, создающим условия несимметрии.

Пример: = 150 кВА.

Часть искажающего оборудования N 1: = 25 кВА с HD = 65% относительно его номинального тока.

= 65 (25/150)% = 10,8% относительно (или ).

Часть искажающего оборудования N 2: = 10 кВА с HD = 10% относительно его номинального тока.

= 10 (10/150)% = 0,7% относительно (или ).

Часть искажающего оборудования N 3: = 1 кВА с HD = 85% относительно его номинального тока, но однофазного (фаза - фаза), в 1,73 раза превышающего номинальный ток при симметричной нагрузке, с гармониками, умноженными на 3.

= = 1,0% относительно (или ).

Для системы HD = (10,8 + 0,7+ 1,0)% = 12,5% с = (25 + 10 + 1)/150 = 0,240.

Расчет следует проводить для гармоники каждого порядка и для THD.

В.3.3.3 Метод псевдоквадратического суммирования (переменный показатель степени)

Суммирование гармонических токов возможно с применением более репрезентативного закона:

- к токам, относительно которых известно, что они протекают в фазе (например, токи в диодном выпрямителе), применяют арифметическое суммирование каждого порядка:

;

(B.30)

- при случайном фазовом соотношении между токами применяют различные показатели степени при суммировании каждого порядка:

,

(В.31)

где = 1 для h < 5;

= 1,4 для 5 h < 10;

= 2 для 10 h.

С помощью вышеприведенных формул оценивают индивидуальные гармонические токи, а также THD.

Этот метод позволяет дать оценку гармонических токов, поступающих из системы.

Результат суммирования рассматривают по отношению к номинальному основному току системы (согласованная внутренняя мощность) и может использоваться для демонстрации соответствия требованиям ГОСТ Р 51317.3.2 или ГОСТ Р 51317.3.4 (ступень 1 или 2) с учетом номинальных характеристик машины или системы. Результаты суммирования могут использоваться даже для оценки соответствия больших промышленных систем или установок.

В типичных случаях этот метод применяют к оборудованию для легкой промышленности с "согласованной мощностью" от 30 до 100 кВА или к установкам для легкой промышленности с "согласованной мощностью" от 100 до 300 кВА.

В.3.3.4 Подход для промышленных электрических сетей, основанный на расчетах и/или измерениях

Если соответствие нормам гармонических составляющих не может быть доказано с помощью использования вышеупомянутых приближенных методов, то необходимо применять более точную оценку эмиссии гармоник. Это касается суммарного тока, потребляемого установкой.

Суммарный гармонический ток, вырабатываемый установкой, включая нагрузку, должен быть определен расчетами или измерениями. При этом необходимо учитывать действительные фазовые соотношения между гармониками, создаваемыми нагрузками, чтобы эффекты взаимоисключения гармоник не были проигнорированы.

В типичных случаях этот подход применяют к оборудованию для легкой промышленности с "согласованной мощностью" свыше 100 кВА или к оборудованию для тяжелой промышленности.

В.4 Правила установки/оценка электромагнитной совместимости по гармоническим составляющим

В.4.1 Промышленные трехфазные системы малой мощности

Приведенные ниже сведения могут служить руководством для использования СЭП при их включении в состав аппаратов или, в более общем понимании, в системы. Применение норм гармонических составляющих к каждой СЭП может привести к неэкономичному решению и/или к техническому абсурду. Часто правильнее применить общий подход к фильтрованию установки в целом. Это требует суммирования гармонических токов, создаваемых внутри установки.

Процедура оценки эмиссии гармонических помех в целом представлена на рисунке В.9.

Как установлено в 6.2.3.1, требования ГОСТ Р 51317.3.2 и ГОСТ Р 51317.3.12 применяют к аппаратам, содержащим СЭП, которые непосредственно подключены к ТОП в общественных низковольтных распределительных электрических сетях. Подтверждение соответствия проводится путем сравнения уровней индивидуальных отношений искажений IDR (каждого порядка) и суммарного коэффициента гармонических составляющих THD, создаваемых аппаратом или системой, с требованиями, установленными в ГОСТ Р 51317.3.2 и ГОСТ Р 51317.3.12.

Для СЭП, которые не относятся к области применения этих стандартов, в качестве руководства может быть использована следующая процедура.

Обычный подход заключается в применении норм гармонических токов к установке в целом. Оценка суммарных гармонических помех проводится с использованием приемлемого закона суммирования, в соответствии с требуемой степенью приближения (см. В.3.3). Применение упрощенного метода и критериев допускается, если согласованная мощность находится в пределах средних значений (например, между 100 и 300 кВА), как представлено на рисунке В.9. За соответствие СЭП нормам гармонических токов в ТОП ответственность несет пользователь.

Рисунок В.9 - Оценка эмиссии гармонических помех при использовании СЭП (аппаратов, систем или установок)

В.4.2 Большие промышленные системы

B.4.2.1 Принципиальные положения

Приведенные ниже сведения могут служить руководством для использования СЭП при их включении в состав аппаратов или, в более общем понимании, в системы. Применение норм гармонических составляющих к каждой СЭП может привести к неэкономному решению и/или к техническому абсурду. Часто правильнее применить общий подход к фильтрованию установки в целом. Это требует суммирования гармонических токов, создаваемых внутри установки.

Процедура оценки эмиссии гармонических помех в целом представлена на рисунке В.9.

Для установок, получающих питание от электрических сетей среднего напряжения, включающих большие СЭП и особенно те, которые имеют номинальное напряжение свыше 1000 В переменного тока, следует непосредственно применять технический отчет [14]. Обычно установку разделяют на различные части в соответствии с наличием естественных развязывающих устройств (трансформаторов и т.д.). Разделение следует проводить на основе анализа полной электрической схемы, принимая во внимание возможность резонансов (см. рисунок В.2).

Места размещения необходимых фильтров должны быть тщательно установлены, но очевидно, что фильтрование каждой СЭП непрактично. Обычный подход заключается в применении норм гармонических токов к установке в целом или к частям установки, как было указано выше. В критических случаях проводится более детальный анализ с учетом существующих уровней гармонических искажений напряжения.

B.4.2.2 Метод определения искажений тока для установки в целом

Нормы гармонических составляющих тока применяются к установке в целом. Нормы применяются для индивидуальных отношений искажений IDR (каждого порядка) и для суммарного коэффициента гармонических составляющих THD.

Гармонические составляющие тока, создаваемые установкой в целом, должны соответствовать установленным в таблице В.2 в определенной точке присоединения (см. определение в В.2.3.6). Поставщик и пользователь СЭП должны прийти к соглашению о точке присоединения (ТОП или ТВП) и о применении других норм электромагнитной эмиссии, установленных на национальном уровне. УТП должен быть идентифицированный шинопровод.

Примечание - Учитывая определение и присоединение к определенному шинопроводу, очевидно, что все нагрузки, получающие питание от этого шинопровода, вносящие вклад в соответствующий ток , должны быть учтены при расчетах эмиссии гармонических составляющих.

Такой подход используется в США (см. [25]) для всех уровней напряжений в электрических распределительных сетях. Пример практических норм, прошедших проверку в США, приведен в таблице В.2.

Гармонические токи выражаются в процентах суммарного тока, соответствующего внутренней согласованной мощности системы электропитания переменного тока установки в целом IDR. В случае ТОП ток нагрузки определяется "согласованной мощностью", то есть мощностью, согласованной между пользователем и поставщиком электрической энергии. В случае ТВП номинальный ток основной составляющей нагрузки равен номинальному току нагрузки в фидере, подходящем к ТВП (см. В.2.3.5 и В.2.3.6).

Таблица В.2 - Требования эмиссии гармонических токов в процентах от суммарного тока в ТОП или ТВП при согласованной мощности

	Индивидуальное отношение искажений IDR					TDR
	h < 11	11 h < 17	17 h < 23	23 h < 35	35 h
< 20	4	2	1,5	0,6	0,3	6
20 < 50	7	3,5	2,5	1	0,5	8
50 < 100	10	4,5	4	1,5	0,7	12
100 < 1000	12	5,5	5	2	1	15
1000 <	15	7	6	2,5	1,4	20
Примечания 1 Четные гармоники ограничиваются до значения, равного 25% нечетных гармоник. 2 Для систем с числом импульсов q свыше 6 нормы для каждой индивидуальной гармоники умножают на коэффициент q/6. Для системы с 12 импульсами это соответствует увеличению в два раза. Нормы THD остаются неизменными.

B.4.2.3 Анализ в каждом конкретном случае

В качестве альтернативы может быть проведен полный анализ систем. Его необходимо проводить в критических случаях. Результаты анализа затем допускается применять для правильного определения общего фильтрования или других методов помехоподавления.

Необходимо провести следующие процедуры:

- оценить существующий уровень искажения гармонического напряжения в ТОП (ответственность оператора распределительной сети - общественной или частной);

- вычислить или измерить гармоническое полное сопротивление источника питания в точке присоединения [ответственность оператора распределительной сети, общественной или частной, в случае подключения к ТОП и ответственность пользователя в случае подключения к ТВП (точка подключения внутри)]. В [13] (раздел А.2) приведены сведения о встречающемся полном гармоническом сопротивлении сетей;

- рассчитать или измерить гармонические токи, которые подключаемая СЭП будет инжектировать в систему (ответственность изготовителя);

- вычислить возникающие гармонические напряжения (ответственность пользователя).

Примечание - Все правила и методы, приведенные в [14] применимы к промышленным электрическим сетям, включая их низковольтные части, хотя к области применения [14] относятся распределительные сети среднего напряжения (от 1 до 35 кВ включительно) и высокого напряжения (свыше 35 кВ).

В случае подключения к ТОП результирующие уровни гармонических напряжений не должны превышать плановые значения, определенные поставщиком электрической энергии.

В случае подключения к ТВП результирующие уровни гармонических напряжений не должны превышать уровни электромагнитной совместимости.

Уровни электромагнитной совместимости для гармонических напряжений установлены в [9], [10] применительно к низковольтным общественным системам, в [15] применительно к общественным системам среднего напряжения и в [2], ГОСТ Р 51317.2.4 применительно к частным промышленным системам.

В точке подключения может быть определена существующая номинальная мощность (называемая "согласованной внутренней мощностью", см. В.2.3.4 и В.2.3.5).

Для СЭП, подлежащей подключению, следует устанавливать нормы помех. Разумное решение заключается в определении этих норм помех пропорционально отношению номинальной мощности СЭП к соответствующей согласованной внутренней мощности и пропорционально уровням электромагнитной совместимости, установленным в ГОСТ Р 51317.3.2 и ГОСТ Р 51317.3.12.

B.4.2.4 Влияние помех телефонной связи

В Северной Америке и Финляндии из-за параллельной прокладки линий распределения энергии и телефонных линий возникла необходимость ввести "коэффициент влияния помех телефонной связи, TIF). В [25], раздел 6.8 представлены результаты "взвешивания" различных гармоник. Эквивалентный псофометрический ток определяют по формуле

,

(В.32)

и согласно практике вышеперечисленных стран рекомендуют применять формулу

.

(В.33)

Внутри установки общие несимметричные токи гармоник в кабеле, питающем двигатель, могут вызвать помехи в телефонных линиях, если они идут параллельно. Этого следует избегать (см. 6.1.4).

В.4.3 Интергармоники и напряжения или токи более высоких частот

В полосе частот выше частоты гармонической составляющей 40-го порядка и до 9 кГц следует рассматривать СЭП в качестве эмиттера, являющегося источником напряжения.

Требования к электромагнитной эмиссии от СЭП на этих частотах не установлены, так как не стандартизованы уровни ЭМС.

Однако применение СЭП определенных видов может потребовать рассмотрения эмиссии интергармоник и напряжений или токов на более высоких частотах (до 9 кГц), что главным образом относится к СЭП высокой мощности, таким как циклические преобразователи и инверторы, являющиеся источником тока. Необходимость рассмотрения эмиссии интергармоник и напряжений или токов на частотах до 9 кГц, может относиться к преобразователям с активным управлением началом и концом импульсов, в которых коммутирующие устройства с ШИМ непосредственно связаны с электрической сетью.

Интергармоники на частотах, слегка отличающихся от основной частоты или частот доминирующих гармоник, также могут вызвать колебания напряжения (см. В.6.2). Интергармоники являются результатом возникновения биений частот, которые могут иметь место в нелинейных системах, таких как осветительные системы (с функцией квадратичной обработки напряжения).

Нелинейный отклик искажающего оборудования вызывает появление суммы и разности частот различных гармоник и интергармоник. Разностная частота может быть в пределах, вызывающих фликер. Главная причина появления фликера - циклические преобразователи и инверторы, являющиеся источником тока. Уровни ЭМС применительно к возможности появления фликера установлены в [2], ГОСТ Р 51317.2.4. Интергармоники могут непосредственно воздействовать на коррекцию коэффициента мощности с применением батарей конденсаторов и фильтров гармоник, особенно из-за резонансов.

Эмиссия не должна превышать 80% установленных уровней напряжения, приведенных ниже (см. [2], приложение С).

u = 0,2% для ТВП класса 2;

u = 1% для ТВП класса 3;

= 0,3% для ТВП класса 2;

= 1,5% для ТВП класса 3,

где u - отношение среднеквадратического значения напряжения на данной частоте к среднеквадратическому значению основной составляющей напряжения;

- уровень, относящийся к любой полосе частот шириной 200 Гц, центрированной на частоте F, определяемый по формуле

,

(В.34)

где - номинальное среднеквадратическое значение основной составляющей;

V(f) - среднеквадратическое значение напряжения на частоте f,

F - центральная частота полосы частот (выбираемой выше частоты гармоники 40-го порядка). На более высоких частотах помехи возникают в основном от преобразователей с активным управлением началом и концом импульсов, в которых коммутирующие устройства с ШИМ имеют сильную связь с электрической сетью.

В.5 Несимметрия напряжений

B.5.1 Начальные сведения

Несимметрия напряжений в трехфазной системе в основном вызывается неравномерной нагрузкой в двух из трех фазах однофазными нагрузками. Несимметрия напряжений непосредственно связана со значением однофазной нагрузки как процентного отношения к номинальному значению и с полным сопротивлением питающей электрической сети. В качестве примера приводят трехфазный трансформатор с заданным автоматическим регулированием и нагрузку, подключенную только между двумя фазами. Если нагрузка представляет собой значительный процент от номинальной мощности трансформатора, киловольтампер, выходные напряжения (фаза - нейтраль) двух фаз, присоединенных к нагрузке, будут уменьшены, тогда как третья обмотка без какой-либо нагрузки останется с теми же параметрами.

Значительная несимметрия может вызвать чрезмерное нагревание трансформаторов. Для того чтобы определить, может ли трансформатор питать однофазные нагрузки, которые представляют собой значительный процент номинальной мощности, киловольтампер, следует проконсультироваться с изготовителем.

Другие трехфазные нагрузки, подключенные к несимметричному трехфазному источнику электропитания, в основном будут подвергаться вредным воздействиям. В качестве примера: несимметрия может вызвать ток обратной последовательности, протекающий в трехфазном асинхронном двигателе, который уменьшает выходной момент вращения при номинальном токе или вызывает чрезмерное нагревание при номинальной выходной мощности двигателя. В некоторых двигателях 3%-ная несимметрия может привести к 10%-ному снижению их выходной мощности. Если состояние несимметрии имеет место в сети, питающей трехфазный двигатель, то необходимо проконсультироваться с изготовителем двигателя с тем, чтобы определить соответствующее снижение в целях безопасного функционирования двигателя.

B.5.2 Определения и оценка

B.5.2.1 Определения

Определения, относящиеся к несимметрии напряжений, приведены в [9], [10], [2], ГОСТ Р 51317.2.4 или [15]. Некоторые методы расчетов приведены ниже.

В многофазных системах несимметрия напряжений представляет собой условия, при которых среднеквадратические значения основных составляющих напряжений "линия - линия" или фазовые углы между последовательными фазами не равны. Для целей настоящего стандарта степень неравенства выражается отношением обратной последовательности основных составляющих к прямой последовательности составляющих. При некоторых обстоятельствах в оценку несимметрии напряжений включают нулевую последовательность составляющих.

B.5.2.2 Полный анализ

Точные определения относятся к анализу трехфазных систем методом симметричных составляющих. Этот вид анализа основан на подходе, в соответствии с которым любые отклонения фазных напряжений от идеальной трехфазной системы могут быть описаны суммой трех систем векторов. Они называются "нулевая, прямая и обратная последовательности векторов" и определяются, как указано ниже:

= + + - напряжение фазы А;

= ( + + )/3 - составляющая нулевой последовательности;

= ( + a + )/3 - составляющая прямой последовательности;

= ( + + a)/3 - составляющая обратной последовательности,

где , и - векторы фазных напряжений;

а - оператор, а = - (1/2) + j (/2).

Отношение обратной последовательности к прямой последовательности представляет собой несимметрию напряжений:

.

Пример 1 - Амплитуды и фазовые углы напряжений "линия - нейтраль" известны, что позволяет рассчитать напряжения "линия - линия" и соответствующие фазовые углы:

= 231,00 и 0,0°,	= 220,00 и -125,1°,	= 215,00 и 109,8°.
= 400,26 и 26,7°,	= 386,03 и -98,0°,	= 365,01 и 146,3°.

В результате:

- нулевая последовательность = 12,91 и 35,2°,

- прямая последовательность = 221,41 и -5,0°,

- обратная последовательность = 11,78 и 90,7°

и несимметрия напряжений Т = 100 (11,78/221,41) = 5,32%, с составляющей нулевой последовательности 5,83%.

Пример 2 - Амплитуды и фазовые углы напряжений "линия - нейтраль" известны, что позволяет рассчитать напряжения "линия - линия" и соответствующие фазовые углы:

= 230,00 и 0,0°,	= 280,00 и -135,0°,	= 170,00 и 130,0°.
= 471,57 и 24,8°,	= 340,00 и -105,1°,	= 363,41 и 159,0°.

В результате:

- нулевая последовательность = 34,26 и -138,7°,

- прямая последовательность = 223,09 и -3,7°,

- обратная последовательность = 49,59 и 48,1°

и несимметрия напряжений Т = 100 (49,59/223,09) = 22,23%, с составляющей нулевой последовательности 15,36%.

В.5.2.3 Приближенные методы

Ниже представлены три приближенных метода.

Первый метод обычно обеспечивает лучшие результаты при ошибке менее 5% для несимметрии любого вида, фазовые углы напряжений "линия - нейтраль" для которой находятся в пределах 15° и их амплитуды находятся в пределах 20% относительно соответствующей идеальной симметричной системы (прямой или обратной последовательности).

, и представляют собой напряжения "линия - нейтраль", = ( - )l(3 ) для каждого из трех напряжений "линия - нейтраль".

представляет собой несимметрию напряжений как отношение обратной последовательности амплитуд напряжений к прямой последовательности амплитуд напряжений.

Тогда

.

(В.35)

Существенно более простое приближение

.

(В.36)

обеспечивает приемлемые результаты (абсолютная ошибка в основном меньше 1% для менее 7%).

Расчет по приведенной ниже формуле также дает приемлемые результаты (абсолютная ошибка в основном меньше 1% для х менее 10% или в случае, если фазовые сдвиги значительны):

.

(В.37)

Пример 1

	= 231,00,	= 220,00,	= 215,00.
	= 400,26,	= 386,03,	= 365,01.

= (400,26 + 386,03 + = (400 + 386 + 365)/3 = 383,66.

= 1,433%, = 0,197%, = -1,629%.

Несимметрия напряжений равна = 5,3%

или (2/3) ( - )/ = (2/3) (400 - 365)/383,7 = 6,1%,

или с использованием последней аппроксимации 19,1/383,7 = 5,0%.

Пример 2

	= 230,00,	= 280,00,	= 170,00.
	= 271,57	= 340,	= 363,41

= (471,57 + 340 + 363,41)/3 = 391,66.

= 6,801%, = -4,397%, = -2,404%.

Несимметрия напряжений равна = 20,7%

или (2/3) ( - )/ = (2/3) (472 - 340)/391,7 = 22,4%,

или с использованием последней аппроксимации 80,6/391,7 = 20,6%.

В.5.3 Влияние на СЭП

Влияние на СЭП варьируется в зависимости от типа используемых силовой цепи и метода управления. Каждый тип управления и цепи следует детально проанализировать. В целом на регулируемые и нерегулируемые преобразователи, которые питают активные нагрузки, влияние будет небольшое. На преобразователи с фазовым управлением такого вида, которые используют линейное напряжение с фазовым сдвигом в качестве опорного сигнала, воздействие будет меньше, чем на преобразователи, которые используют линейное напряжение, синхронизированное с линией, и пересечения нуля в качестве опорного сигнала. Регулируемые и нерегулируемые преобразователи, питающие батареи конденсаторов, используемые в контуре постоянного тока инверторов (источников напряжения), имеют несимметрию токов, существенно выше, чем несимметрии напряжений, и выше, чем преобразователи, питающие индуктивную нагрузку, например, двигатель постоянного тока.

Особое внимание следует уделять конструкции преобразователей, питающих батареи конденсаторов, так как пиковый ток намного увеличивается за счет несимметрии напряжений. Для очень больших батарей конденсаторов, в которых пульсирующее напряжение небольшое, пиковый ток от каждой фазы ограничивается только внутренним сопротивлением источника и любым дополнительным полным сопротивлением в СЭП и разницей между напряжением батареи конденсаторов и линейным напряжением. Отношение пиковых токов между фазами может достигать 20% для 3%-ной несимметрии напряжений с 1%-ным внутренним сопротивлением источника.

В.6 Провалы напряжения. Колебания напряжения

В.6.1 Провалы напряжения

B.6.1.1 Определение

Наиболее общей формой низкочастотных помех является провал напряжения или понижение напряжения в одной или во всех трех фазах. Провал напряжения представляет собой внезапное понижение напряжения в точке электрической системы, за которым следует восстановление напряжения после короткого промежутка времени от половины периода до нескольких секунд. Провал напряжения обычно вызывается ликвидацией поставщиком электрической энергии неисправностей в сетях запуском мощных двигателей у пользователя или в непосредственной близости от него. Исследования различных поставщиков в разных странах показали, что продолжительность провалов напряжения может колебаться от половины периода до 15 периодов или более при напряжениях, выходящих за пределы 10%-ного допустимого отклонения напряжения. Остаточное напряжение (наименьшее значение напряжения в течение провала) в настоящее время считают глубиной провала, характеризующей его значение (глубина провала представляет собой разность между опорным и остаточным напряжением). Остаточное напряжение в основном зависит от места размещения источника напряжения (обычно подстанции высокого/среднего напряжения), события, эквивалентного короткому замыканию, и точки наблюдения (исчерпывающая информация приведена в [11]).

B.6.1.2 Влияние на СЭП

В.6.1.2.1 Основы

Провалы напряжения могут отрицательно воздействовать на СЭП. Обычно, когда понижается напряжение источника питания, мощность, которая может передаваться от сети к двигателю, также снижается. Однако некоторые преобразователи СЭП компенсируют провалы напряжения с ограниченными характеристиками путем изменения углов контроля входных выпрямителей. Следует также учитывать, что рекуперативные преобразователи, позволяющие передавать механическую энергию от двигателя назад к питающей сети, могут функционировать в условиях провала напряжения.

Воздействие провала напряжения на СЭП следует рассматривать в соответствии с физической природой оборудования, приводимого в движение. Более того, электронные устройства управления СЭП и компоненты силового преобразователя следует при этом разделять (см. [11]).

Управляющая часть СЭП может обладать устойчивостью с критерием качества функционирования А к определенным видам провалов напряжения, но эта устойчивость может быть не использована, если она не согласована с поведением преобразователя или оборудования, приводимого в движение. Преобразователь не обладает способностью сохранять энергию. Оборудование, приводимое в движение, имеет в основном малую способность запасать энергию, что может быть использовано при определенных условиях. Требовать, чтобы устойчивость СЭП к провалам напряжения строго соответствовала устойчивости управляющей части СЭП, было бы ошибкой. Необходимо документировать последовательность управления, чтобы предоставить возможность пользователю адаптировать требования к оборудованию, приводимому в движение.

B.6.1.2.2 Регулируемые преобразователи

Регулируемые преобразователи, например, сконструированные с применением тиристоров или транзисторов, в основном применяются для преобразования переменного тока в постоянный ток с регулируемым напряжением. Логическую схему, используемую для синхронизации регулирования силовых полупроводниковых приборов, часто проектируют так, чтобы не происходило выпрямление при падении сетевого напряжения ниже конкретного значения. В некоторых случаях регулирование отключается, пока пользователь не перезапустит логическую схему, или (в других случаях) функционирование возобновляется, только если напряжение возвращается в течение соответствующего периода времени. Обычно СЭП не может управлять двигателем во время провала напряжения, и контроль не осуществляется до тех пор, пока не произойдет перезапуск логической схемы. Если процесс, которым управляет СЭП, является критическим, то характер обсуждения проблем с ее изготовителем должен обеспечивать, чтобы реакция логической схемы на провал напряжения была совместима с требованиями процесса. В некоторых критических случаях необходимо предпринимать дополнительные меры (например, гарантировать альтернативные источники энергии) для обеспечения функционирования процесса при значительных провалах напряжения.

Во время провалов напряжения мощность, создаваемая в ОМП/ПМП и передаваемая двигателю, снижается, что может повлиять на функционирование, зависящее от рабочих точек двигателя. Рассмотрим случай регулируемого преобразовательного моста на шести тиристорах, передающего энергию к двигателю постоянного тока. Если двигатель работает на высокой скорости, провалы напряжения могут вызвать спад пика линейного напряжения ниже напряжения якоря. Тиристоры отключаются с помощью якорной цепи, ток в которой будет снижаться. Если провал напряжения случается, когда двигатель работает на малой скорости, схема управления может дать импульс в контрольной точке и компенсировать пониженное напряжение. В этом случае регулирования двигателя не происходит. Что касается критических нагрузок, то влияние провала напряжения должно обсуждаться с изготовителем СЭП, с тем чтобы определить, как схема управления будет реагировать на провал напряжения.

Рекуперативные преобразователи такого типа, который использует линейное напряжение для переключения тиристоров моста, особенно чувствительны к провалам напряжения. Если линейное напряжение падает слишком низко во время обратного потока мощности, регулирование потока мощности от двигателя к сети не происходит, так как тиристоры не могут быть отключены. Если схема управления не реагирует либо провал напряжения происходит внезапно или случается после включения тиристора, то тиристор не может быть отключен и на двигатель могут быть поданы излишние нерегулируемые токи. Эти токи могут привести к потенциально вредным воздействиям на оборудование, приводимое в движение, или даже к разрушению двигателя. Для критических нагрузок воздействие провалов напряжения на рекуперативные преобразователи следует обсуждать с изготовителем СЭП, с тем чтобы определить, как цепи управления и силовые цепи будут реагировать на провал напряжения. Для критических нагрузок может использоваться дополнительная электрическая схема для уменьшения влияния напряжения на работу СЭП.

Провалы напряжения могут воздействовать также на рекуперативные преобразователи, которые переключаются с помощью управляющих средств. Воздействие помех связано с тем, что понижение напряжения во время провала может уменьшить мощность, передаваемую от нагрузки к двигателю и к сети. Если такое явление присутствует, то в этом интервале времени двигатель не регулируется.

B.6.1.2.3 Нерегулируемые преобразователи

На нерегулируемые преобразователи, например, диодные мосты, провалы напряжения существенно не влияют, за исключением высоких пусковых токов, которые могут течь в батареи конденсаторов преобразователей источников напряжения после возобновления напряжения. Однако их выходная мощность и напряжение во время провала напряжения снижаются. Снижение мощности может вызывать неблагоприятные воздействия на другие части СЭП. Если, например, преобразователь снабжает электропитанием инвертор, то выходная мощность инвертора будет ограничена, и регулирование двигателя переменного тока будет потеряно.

Некоторые изготовители также запрещают работу, в случае если напряжение, питающее инвертор, падает ниже соответствующего значения. Некоторые конструкции СЭП также требуют того, чтобы логическая схема была перезапущена перед тем, как работа продолжится, но во время выключения логической схемы управление двигателем не происходит. Этот временной интервал может увеличиться насколько это необходимо для синхронизации логической схемы управления инвертора с фактической скоростью двигателя после потери управления.

Синхронизация необходима для того, чтобы привести частоту выходного сигнала от инвертора в соответствие с фактической скоростью двигателя. Процесс синхронизации определяет соответствующие частоту и напряжение, которые необходимо подавать к двигателю для плавного перехода от движения по инерции к управляемому движению.

СЭП с крупной батареей конденсаторов могут проходить через короткие провалы напряжения благодаря энергии, накопленной в батарее конденсаторов. В целом, следует изготавливать батарею конденсатора достаточно объемной, чтобы она могла обеспечить работу во время провалов напряжения, неэкономично. При наличии критических нагрузок для подачи энергии во время провала напряжения может использоваться батарея. СЭП с адаптированным регулированием могут продолжать функционировать во время прерывания напряжения, обеспечивая выходную мощность, близкую к нулю. Во всех случаях воздействия провалов напряжения на функционирование СЭП их следует обсуждать с изготовителем, с тем чтобы определить, соответствует ли СЭП требованиям к оборудованию, приводимому в движение.

В.6.1.2.4 Общие виды защиты

Устойчивость к провалам напряжения в значительной степени зависит от вида преобразователя и его нагрузки. Абсолютная защита может быть крайне дорогостоящей, и поэтому защиту необходимо тщательно выбирать с учетом требований процесса.

Абсолютная защита требует дублирующего источника электропитания. Например, это может быть система бесперебойного питания (СБП) дополнительно к СЭП или источник постоянного тока (батарея), подающая энергию в линию постоянного тока инвертора - источника напряжения.

Последовательное прохождение - метод управления, позволяющий избежать переходного сверхтока без использования резервного источника энергии. Следовательно, скорость движения пассивной нагрузки неизбежно снизится до такого уровня, который определяется отношением момента вращения нагрузки к инерции. В целях безопасности этот вид защиты нельзя использовать при активных нагрузках (например, в случае подъема во время рекуперации, при котором необходимо механическое торможение).

Перезапуск на ходу - возобновление последовательного прохождения циклов преобразования, которое может применяться в случае пассивных нагрузок с длительным или очень длительным временем простоя при движении нагрузки по инерции.

Автоматический перезапуск всегда предполагает условия обеспечения безопасности, ответственность за которые возлагается на пользователя.

В.6.2 Колебания напряжения

Интергармоники могут вызывать фликер в осветительном оборудовании, как указано в В.4.3. Уровни электромагнитной совместимости приведены в [9], [10], [2], ГОСТ Р 51317.2.4, [15] с учетом вида электрической сети. Эмиссия интергармоник от СЭП должна быть ограничена так, чтобы расчетные значения гармонических напряжений в ТВП, вызываемых данной СЭП, не превышали 80% уровней электромагнитной совместимости.

СЭП, приводящие в движение большие нагрузки, например, ударные прессы, электрические пилы и механические станки, периодически требуют подачи больших токов из питающей сети, что вызывает колебания напряжения в сети. Значение внутреннего полного сопротивления сети, питающей эти СЭП, должно быть таким, чтобы колебания напряжения не превышали допустимых пределов, равных 10%. Пиковые нагрузки, которые в среднем не превышают номинальных значений системы питания, но создают отклонения напряжения питания, превышающие допустимые, также следует принимать во внимание при установлении значения полного сопротивления. В общественной сети колебания напряжения от отдельного образца оборудования не должны превышать 3%. Если колебания происходят часто, нормы фликера должны устанавливаться для общественных электрических сетей, а также других сетей, питающих осветительные нагрузки (см. 6.2.4).

В.7 Верификация устойчивости к низкочастотным электромагнитным помехам

В соответствии с 5.2.1 устойчивость СЭП к воздействию низкочастотных электромагнитных помех может быть проверена расчетами, имитацией или испытаниями. Для выбора метода верификации в отношении помехи конкретного вида изготовитель может заполнить ячейки таблицы В.З.

Таблица В.3 - План верификации устойчивости СЭП к низкочастотным электромагнитным помехам

Электромагнитная помеха	Расчеты	Имитация	Испытания	Анализ	Не применяется
Гармоники напряжения
Коммутационные вырезы
Отклонения напряжения
Изменения напряжения
Колебания напряжения
Провалы напряжения
Несимметрия напряжений
Отклонения частоты
Магнитные поля, вызываемые источником питания