GB-Z18039.2-2000电磁兼容环境工业设备电源低频传导骚扰发射水平的评估.pdf

前言本指导性技术文件等同采用技术报告电磁兼容第部分 环境第分部分 工业设备电源低频传导骚扰发射水平的评估本指导性技术文件推荐了工业厂矿中的电气和电子设备电源低频传导骚扰发射的水平的评估方法本指导性技术文件是 电磁兼容环境 系列国家标准化指导性技术文件之一 该系列国家标准化指导性技术文件目前包括以下内容电磁兼容环境电磁环境的分类电磁兼容环境工业设备电源低频传导骚扰发射水平的评估本指导性技术文件仅供参考 有关对本指导性技术文件的建议和意见 向国务院标准化行政主管部门反映本指导性技术文件附录附录附录附录和附录为提示的附录本指导性技术文件由国家电力公司提出本指导性技术文件由全国电磁兼容标准化联合工作组归口本指导性技术文件负责起草单位 国家电力公司武汉高压研究所本指导性技术文件主要起草人 邬雄 郎维川 聂定珍 万保权 蒋虹 费光裕免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载前言国际电工委员会是由所有参加国的国家电工委员会国家委员会 组成的世界性标准化组织 其宗旨是促进电气和电子技术领域有关标准化的全部问题的国际一致 为此 除开展其他活动之外 还出版国际标准 标准委托由技术委员会制定任何对制定项目感兴趣的国家委员会均可参加与有联络的国际组织 政府和非政府机构也可参加这一工作与国际标准化组织按照两组织间的协商确定的条件密切合作由于各技术委员会都有来自对相关制定项目感兴趣的所有国家的代表 所以对有关技术内容作出的正式决定或协议都尽可能地表达国际一致的意见所产生的文件可采用标准 技术报告或导则的形式出版 以推荐的方式供国际上使用 并在此意义上为各国家委员会所接受为了促进国际上的一致国家委员应尽可能最大限度地把国际标准转化为其国家标准和地区标准 对相应国家标准或地区标准与国际标准之间的任何分歧均应在标准中清楚地说明技术委员会的主要任务是制定国际标准 在特殊的情况下 技术委员会可以出版下列类型之一的技术报告类型当尽管经过再三努力而不能作为国际标准出版时类型当这个主题仍处于技术发展阶段 或者由于任何其他原因在今后而现在不能马上同意作为国际标准时类型当技术委员会在例行出版国际标准的过程中 搜集到各种资料 例如 科学发展动态 时第类和第类技术报告自出版时起到决定它们是否能够成为国际标准的三年内会受到复审第类的技术报告直到认为他们提供的资料不再有效或有用之前 没有必要进行复审是第类技术报告 是由第技术委员会 电磁兼容 的分技术委员会低频现象 制定的本技术报告的文本基于下表中的文件表决报告在上表的表决报告中可找到表决通过本报告的全部信息附录附录附录附录和附录仅作参考免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载引言本标准是系列标准的一部分 该系列标准的构成如下第一部分 综述综合考虑 概述 基本原理定义 术语第二部分 环境环境的描述环境的分类兼容性水平第三部分 限值发射限值抗扰度限值 由于它们不属于产品委员会的责任范围第四部分 试验和测量技术测量技术试验技术第五部分 安装和减缓导则安装导则减缓方法和装置第六部分 通用标准第九部分 其他每一部分又可分为若干分部分 它们作为国际标准或技术报告出版这些标准和报告将按时间顺序出版 并相应地编号本分部分是一个技术报告免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载中华人民共和国国家标准化指导性技术文件电磁兼容环境工业设备电源低频传导骚扰发射水平的评估国家质量技术监督局批准实施范围本指导性技术条件推荐了评估工业环境中安装在非公用电网中的装置 设备和系统发射所产生的骚扰水平的程序 并只限于供电电源中的低频传导骚扰 在此基础上 可以获得相关的发射限值 它适用于交流中 低压非公用电网航运 航空 近海平台以及铁道等电网不属本指导性技术文件的范围本指导性技术文件阐述与供电电源连接的设备所发射的低频传导骚扰 这些骚扰包括谐波及谐间波不平衡电压变化电压暂降引用标准下列标准及标准化指导性技术文件所包含的条文 通过在本指导性技术文件中引用而构成为本指导性技术文件的条文 本指导性技术文件出版时 所示版本均为有效 所有标准及标准化指导性技术文件都会被修订 使用本指导性技术文件的各方应探讨使用下列标准及标准化指导性技术文件最新版本的可能性电磁兼容术语电磁兼容限值对额定电流不大于的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的限制电磁兼容限值对额定电流大于的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的限制半导体变流器概述为实现电磁兼容 应限制各耦合点的骚扰水平总值 这意味着要控制连接到供电电源中的骚扰负荷的发射就低压公用电网而言 通过严格限制安装在电网中的额定电流最高达设备的发射来控制骚扰免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载水平 这些限值是通过对下述因素的统计研究而确定的电网中设备的分散性使用设备的类型 同时效应电网特性只要设备满足相关标准规定的发射限值 任一额定电流达的设备都可与电网连接这种方法说明 对公用电网而言 不同用户与供电公司之间的严格协调是不可能的就工厂和非公用电网而言 不同位置的兼容水平必须一致在公用电网的公共耦合点设备对公用电网的发射总值须根据供电公司的要求和供电电源的电网条件作适当的限制在内部耦合点由工业设备发射所产生的骚扰水平总值以及侵入供电电源的骚扰水平将被限制到所关注的点上选择的兼容水平为使单台设备的发射限值达到上述规定的要求 要考虑以下因素设备与之连接的电网的实际阻抗厂内实际存在的各种设备的组合与生产过程构成有关的设备实际使用通过采取滤波或补偿装置 给不同供电电源分配负荷 分割骚扰负荷等预防措施 可实现对骚扰的控制和缓减这种方法说明 对工厂而言 设计阶段与运行阶段的骚扰负荷可以协调为取得最大的经济效益 下述因素对限制单台设备的发射是重要的单台设备的实际发射很大程度上与供电网的特性有关即使低功率设备的发射水平与公用电网的标准不兼容 但在工厂存在强骚扰设备的情况下 其影响完全可以忽略不计由各种源引起的骚扰的合成方法主要取决于设备的设计和所涉及的工业过程在某种程度上 用户能在点选择适宜的电磁兼容水平事实上这种选择是在限制发射水平所花成本与通过减缓措施降低骚扰水平或者提高抗扰度所花成本之间的一种折衷选择发射限值与兼容水平的协调设备允许的发射限值可由三步程序来确定供电公司与用户之间和用户与制造商之间的信息要求供电公司至少向用户提供以下资料适用于工厂的总发射限值目前和将来在点预期的骚扰水平 不包括所考虑工厂产生的骚扰耦合点源阻抗值的范围与骚扰评估同样重要 这个范围与电网结构和频率特性有关要求用户向供电部门提供的有关资料待安装设备的特性及其运行方式功率因数补偿设备的特性用于谐波电流补偿的滤波器的特性要求用户至少向制造商提供以下资料安装方案和连接设备的特性其他设备的发射水平以及供电电源传导的骚扰生产过程的特性要求制造商至少向用户提供以下资料所考虑设备或系统在特定运行条件下预期的发射水平免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载发射水平对源阻抗 运行电压等变化的灵敏度当厂内存在不同骚扰源时 选择合适的迭加计算规则对工厂在点的预期发射水平总值及在点的预期骚扰水平总值的评估如果设备的发射总值或预期骚扰水平超过了相关的兼容水平 同时还考虑到电网将来的发展以及工厂骚扰源增加的可能性 应考虑以下的预防措施调整电网结构改变骚扰设备的特性采用滤波器或补偿装置容忍所产生的骚扰和提高设备的抗扰水平 本措施不适用于点 仅适用于点重复上述过程 直到满足所有要求为止定义所有术语与和中的术语一致工业设备传导发射的概述表列出有关低频传导发射源的概述及其对电源的影响表低频传导骚扰源分类示例产生的骚扰非线性特性电子装置操作负荷操作负荷磁饱和装置 气体放电灯电弧炉 交流电弧焊机变压器合闸变流器 交流控制器多周波控制装置电容器 滤波器 感应电机合闸谐波谐波 谐间波 电压变化 不平衡谐波 电压暂降谐波 谐间波 电压变化 不平衡谐间波 电压暂降谐波骚扰现象及骚扰源的描述线路电流中的谐波分量主要是由下述几种方式产生的 附录中介绍了其他的负荷特性半导体变流器中电子开关切换频率为线路频率或其倍频时的线路电流这种功能既可以是可控的 如晶闸管也可以是不可控的 如二极管在大多数情况下 这种功能是通过定期地在每相之间投切串联阻抗和电压源来实现的变流器中产生的谐波大致具有三个特征定期投切负荷 例如 交流控制器在某一相角投负荷 而当电流降至零时切负荷 图为其布置简图 谐波电流的幅值和相角取决于线路电压与负荷接通时的角度 线路电压与负荷电压之间的电压差以及由负荷阻抗与线路阻抗组成的串联连接典型应用为传导加热 焊接 熔炼静电除尘器或发射机电子管的高压直流电源镀锌或金属酸洗的大电流直流电源静止无功补偿器交流电动机的起动器外加电流定期地在相间切换 大直流电感免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载图为其布置简图这一类的典型装置有馈送直流负荷的变流器 如直流驱动器 直流牵引 电化和电热处理的直流电源 电机或磁场线圈的直流励磁 直流焊接交流器带直流联络线的交流器 如带有电流型逆变器或次串级同步变流器的交流驱动器 给金属淬火或感应电炉供电的中频变流器的直流源可逆变流器 周波变流器 如交流驱动器 电热熔炼的低频电源如附录的图所示直流电压经阻抗定期地与线路接通和断开与三相线路相连的变流器 从直流电感小的一相到另一相 在某一相角与直流侧接通图为其等值电路产生的谐波电流与交流控制器的谐波电流相当这里电流下降到零既可能是在后续相接通时 也可能是在小电流或小直流电感的情况下 由于电流与电压下降方向相同而提前出现的这一类的典型装置有与直流电压相连的变流器 例如 与电压型逆变器相连的驱动器 不停电电源适用于金属加热或焊接的谐振变流器的直流电源自整流变流器 用于不需要无功功率或对其补偿的驱动器和补偿器的变流器电流与电阻相关的非线性阻抗见图这种类型的典型装置有电弧炉 熔炼金属的交流电弧交流电焊机 经高电抗变压器供电的焊接电弧公众场合照明用的荧光灯 气体放电灯饱和电感合闸 例如感应电动机和变压器合闸磁饱和可产生暂态电流分量 对有电感和电容的谐振回路合闸将对电网产生暂态谐振 例如 滤波器或电容器合闸时 会在滤波器电容与滤波器及线路电感之间产生暂态谐振图表示其等值电路典型的发射数据附录中对产生谐波线路电流的最常见负荷给出了典型发射数据的范围 仅仅是为了指导性的目的而给出的对骚扰评估的可靠数据应由制造商根据实际设计参数和其在类似设备上的经验而得到运行与安装条件对发射的影响就几种负荷产生的发射而言 例如变流器其谐波电流的大小及相角将通过估算得到 变流器与变压器的连接 变流器负荷的同时和单台或随机运行均须加以考虑供电系统中的骚扰可通过线路电压中存在的谐波分量来确定 即谐波电流在线路阻抗两端产生的电压降来确定 该线路阻抗可由与高压电网 所有负荷 补偿和滤波元件串并联连接的所有阻抗来确定考虑到该阻抗适用于各个频率 见图因此 必须验证和考虑可能的谐振附录中给出了更多的资料谐波的迭加当在同一工厂有几个产生谐波电流的装置时 线路中的谐波电流以及相关点或的谐波电压取决于不同源所发射电流的不同幅值及相角所造成的迭加效果谐波合成电压 向量和 的准确计算局限于很少几种特殊的情况虽然取每个谐波源作用的代数和可以反映最坏的情况 但这种方法常会得到与实际不符的很高的数据 尤其是高次谐波大多数情况下用近似的计算方法就足够了有几种方法用来近似计算谐波的合成 见附录中相关文献在关注点处的谐波电压免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载由下式可得到在关注点或处的第次谐波电压见图式中不考虑相关源影响时供电电网的第次谐波电压 背景骚扰由注入注入源所引起的第次谐波电压假定骚扰源连接点和关注点之间的所有传递阻抗对所有骚扰源都是相等的 见图那么可由下式求得式中从关注点看去的等值谐波阻抗谐波电压的迭加计算原则由于允许的发射水平与电网结构有关 因此 在研究接入新的产生谐波的工业负荷时 便出现了谐波的迭加问题 谐波为现有负荷及将来负荷所产生的谐波之和 由于资料的缺乏以及所有产生谐波的各负荷的可变性 导致必须使用统计法来计算合成的谐波矢量在统计法中 每个谐波源都用一个随机的时变矢量来表示 这些矢量的幅值和相角按分布律来模拟为了在实际应用时得到一种简单的法则 而采用了差异因数定义为所有谐波源单独作用的矢量和 实际的或预期的 与代数和之比这种作用是由与所关注设备的设计运行特性有关的发射所引起的借助于差异因数可按下式估算总骚扰差异因数主要受下列因素的影响骚扰负荷的类型 例如在变流器的情况下可控或不可控变流器感性或容性平波器负荷类型 阻性 感性 电动机同时运行的变流器数量各种骚扰源的运行方式 协调运行或独立运行负荷的可变性被考虑的谐波次数计算的实际应用根据对工业电网中所有装置的谐波作用的了解和在所关注点的谐波合成电压所要求的准确度 这里提出两种计算差异因数的方法特别是 方法与专用设备组有关 而方法包含了统计考虑方法本方法给出合适的差异因数 对初步近似或对在关注点处的谐波合成电压有效 且对于兼容水平有较大的安全裕度 适用于的低次谐波差异因数可由下式得到在一个工厂设备中能采用几个不同的根据附录的文献表给出了各个负荷和不同谐波次数的差异因数免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载表各种值及谐波次数时的差异因数注为被考虑装置的负荷与工厂总骚扰负荷之比注如果设备组为不可控整流变流器另外 如果不可控整流器具有相同负荷周期 则表中的差异因数考虑了关于较高次的谐波相角增量见与方法相关的数据方法此方法以统计法为基础 并考虑到兼容水平必须满足及以上的概率要求了解单个谐波作用的幅值及相角变化式中具有概率不超过的统计矢量和差异因数与谐波电压幅值和相角的变化以及谐波源的数量有关 可按照附录中文献的方法得到表列出了与的典型值 它们适用于不超过概率的数值表适用于幅值和相角为均匀分布的值最大幅值全部相等相角分布范围幅值分布范围注当没有谐波源大于被考虑的谐波电压代数和的时 上面给出的公式才适用否则参照方法一般而言 适用范围如下次谐波 相角在以内次谐波 相角在以内免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载次以上谐波 相角在以内对于最大幅值不同的矢量 使用这些系数具有足够的准确度如果其结果超过代数和 则用代数和代替在特殊情况下 当其结果小于最大的单个分量时 则使用后者如果在设备中 某些变流器通过移相变压器连接连接而另一些通过非移相变压器连接或连接当变流器在类似的条件下运行时 则所产生的次和次谐波电流往往会被抵消谐间波谐间波电流与电压的来源供电电源中大多数谐间波电流和电压是由静态变频器产生的不带变流器的旋转电机也能产生谐间波电压 但是与变流器产生的谐间波有关 由于其幅值非常小 因此可以忽略关于注入电源的谐间波 例如纹波控制 由于其发射为大家所熟知 因此在此不予讨论产生谐间波频率的机理与变流器的类型有关 表给出了作为谐间波源的静态变频器概况表由变流器产生的谐间波变流器安装处电源侧负荷侧典型应用电网换相变流器和直流联络线电网换相逆变器变速驱动器 电网之间功率交换次同步串级自换相逆变器变速驱动器谐振逆变器感应加热自换相变流器和直流联络线变速驱动器能量储存直接变流器 周波变流器牵引和电热工艺的变频 超同步串级低速变速驱动器交流电弧炉也是谐间波源 此外 在非稳态运行条件下的任何变流器或非线性装置均能产生谐间波电流间接变流器的谐间波线路电流间接变流器由交流供电侧电网换相变流器组成 它通过直流联络线连接到电动机换相 谐振换相或自换相的另一个变流器直流联络线的纹波电流中存在以下频率的电流和式中中间联络线电流中的谐波分量的频率交流电源侧变流器的脉波数线路频率整数负荷侧逆变器的脉波数负荷频率当负荷为电动机时 这个频率与电动机实际转速有关稳态时 电流中存在下述频率式中线路电流频率分量当时 相当于直流联络线电流中的直流分量这个公式给出线路电流中的特征谐波 当时 该公式给出谐间波频率免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载最高幅值的谐间波频率为图和图给出了频率分量的概况 频率轨迹下的数字是系数即每个频率分量下线路电流与相应联络线电流之比附录给出了谐间波电流初步近似中所应用的公式 也是图的应用实例制造商可提供更详细的资料直接变流器产生的谐间波电流直接变流器是没有中间联络线和储能装置的变频器 它们转换线路频率的范围在直流 到线路频率的左右三相到三相的变流器称为周波变流器 它能控制频率和电压幅值 它们主要应用于大型三相旋转电机的速度控制 既可通过处理传递装置的总能量又可通过处理转差能量来控制在第二种情况下 变流器经滑差环连接到感应电动机 其速度控制被限制在与同步速度相近的狭窄范围内 周波变流器串级从三相到单相的直接转换的典型应用 例如公用供电电源与铁路单相供电电源之间的联络线 或者象需要很低频率的某些冶金熔炼过程的交流电源电源电流的频谱由特征谐波决定此外 还存在边带频率它们由下式给出单相负荷情况下 见图三相负荷情况下 周波变流器 见图式中与电源变流器脉波数相对应的特征频率周波变流器的输出频率图图和图示出了不同负荷参数的影响 例如负荷频率的高 低脉波的配置谐间波电流幅值主要取决于负荷电流负荷功率因数电动机电压 与实际转速有关变流器控制方法 例如正弦控制 不规则四边形控制等次同步串级这类转差控制由简单的间接变流器实现 常用于调节中等功率的感应电动机的转速 大约将转速控制在到接近同步速度的范围内转子绕组将能量 通过整流器 直流联络线和逆变器 返回到交流电源侧 整流器和逆变器产生的谐波电流流入供电电网此外 从转子侧整流器产生的谐波电流由于绕组的旋转而使频率变换图表示线路电流中产生的频率是速度的函数于是有下列方程定子作用和转子作用式中与交流电源侧相连的变流器的脉波数转子侧整流器的脉波数同步转速免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载实际转速转差率图给出了超同步和次同步串级的例子 其中转差能量是由周波变流器控制的线路侧自换相变流器如果拍频不是线路频率的整数倍 则会产生谐间波电压或电流电弧炉电弧炉产生谐波和谐间波频率变流器产生离散的频谱 而电弧炉产生连续的频谱这种情况下应考虑谐波频谱密度图给出了它的一个例子谐间波频率分量的迭加只有在例外情况 且在短期内 谐间波分量才具有相同的频率 因此 只有在这些情况下谐间波的迭加才是可能的三相不平衡骚扰源的描述概述当不平衡负荷接入电力系统时 出现不平衡的三相电压不平衡负荷吸收的电流 其三相的幅值或相角不同负荷 例如三相交流电动机 发电机和变流器 在正常运行期间 一般不引起不平衡可是由于不完善的设计会出现较小的不平衡 但通常这是可忽略不计的 而且也不可能用一般规则来计算不平衡电压也可能是由于对称电流在线路阻抗不平衡的电力系统中引起 但这超出了本指导性技术文件的范围一般情况下 系统中可能出现不平衡谐波 但在这里不作讨论本指导性技术文件仅涉及基波电压和电流的不平衡不平衡负荷举例所有单相负荷 无论是按相中线连接还是按相相连接 都是不平衡的典型实例有加热设备照明设备单相变流器和整流器交流控制器交流牵引设备焊机这些负荷应尽可能地在三相上均匀分配 以减少整体的不平衡尽管电弧炉是三相设备 也会出现很大的不平衡发射特性对称分量法利用对称分量法 能将不平衡系统分解成三个分量 即正序 负序和零序分量注零序分量超出了本指导性技术文件的范围 它们对相间连接的负荷没有影响在任何系统的线对地电压中都存在零序分量 即使中性点不接地 它们也能在线路电流中存在这种电流可通过线路对地电容而流入地中负序电流的估算对上述所有单相负荷 单独的或组合的 来说 负序电流的计算都是相同的以相无负荷时的电免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载压作为所有相角的参考方向 如果三相电流的幅值和相位移已知 则能用下面的公式来确定合成的负序电流连接到相中性点的三相负荷连接到相相的三相负荷在单相负荷连接到两相之间的情况下 则详细资料见附录负序电压的估算由负荷产生的负序电压可按下式计算取负序阻抗等于电网的正序阻抗 它与旋转电机的次暂态阻抗有关可将公式转换为式中相对负序电压负序电流处的三相短路电流几个源的迭加利用中所给出的公式 可以计算稳态运行时多个不平衡负荷所产生的负序电流如果负荷变化 即幅值或相角变化 那么可以使用为谐波给出的相同的统计求和规则 实际上 可将负序分量看成是次谐波分量因此 如果使用方法那么差异因数的近似值与表中次谐波的差异因数相似电压变化 闪烁和电压暂降电压变化概述电压变化是由接入电网的负荷所吸收的无功和有功电流的变化而引起的 从而导致在电网阻抗上电压降的变化 见图在某些情况下 它们也可能是在发电出力或电网结构变化时 引起电网短路功率变化所引起的这些变化导致电网阻抗变化本标准中则忽略它们 而将电网阻抗取为已知的常数一般情况下 大负荷时电压维持稳定状态单一负荷的变化或发射将以这样的方式来限制 即稳态运行电压维持在约定的电压范围内 见图以适合与所有或点相连的运行性能由于大负荷的投切 或负荷阻抗的变化较大 例如 电动机启动或电弧炉投入运行即使电压处于约定的电压范围内 由引起较大的动态变化 这被认为是一种骚扰现象下面考虑这种电压变化的情况引起较大电压变化的负荷举例典型的实例有免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载电弧炉的运行焊机的运行电动机启动电容器投切图表明了电动机启动是如何引起运行电压变化的 几台电动机的启动也可通过同一图形用各启动电流的矢量和来表示由耦合点单一负荷引起的动态或相对电压变化的估算相对电压变化的简单估算可按下述公式进行 见图电流变化电网阻抗对于单相或三相对称负荷与电压闪烁估算方法一样 在第级点的发射限值要求为在第级点的发射限值应考虑实际电压电压波动的迭加考虑到存在各种骚扰源 下述规则适用于级点用代数方法将波动负荷的平均有功电流和无功电流相加 得出等值的由最大的动态变化得出值 仅在某些特殊情况下 才考虑同时产生的骚扰闪烁概述闪烁是波动照明的主观印象 是由下述迅变负荷引起的电弧炉焊机电动机的启动与停机 如果电压相对变化的频度在次和次变化之间这种现象的详细论述见附录中引用的导则闪烁发射的估算给出了分析 模拟和直接测量的估算方法和的限值对级点和有效一般地 当第级点没有照明负荷时 不需进行闪烁估算 若有照明负荷时 可按照第级的规则进行闪烁估算电压暂降概述电压暂降是供电系统中某点的电压突然减小 并在随后的半个周波至几秒的短时间后恢复电压暂降是由电网和设备的故障 或由负荷的突然变化引起的骚扰的估算对中压公用供电电源系统 骚扰的深度 持续时间和每年出现的频度的分类统计可从欧洲得到 而工业系统的统计尚不能得到根据上述统计 估算工业系统中骚扰幅值将是可能的可以估算中所示的任一耦合点的大幅度突然变化免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载交流控制器 负荷定期投切三相桥式联结变流器直流电压直流电流及在每相之间循环切换的阻抗与电流 电弧特性 有关的电阻与电流 磁饱和 有关的电感接入饱和电感图变流器或产生谐波或谐间波交流电流负荷的示例免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载阻抗的实例无源负荷感应电机漏抗滤波器电抗变压器漏抗电缆容抗高压电网的电抗表示并联连接 所有阻抗是被折算到同一电压等级并与谐波次数有关图与谐波源等效的电源侧合成阻抗的估算如果并且则图关于几个谐波电流源电源谐波水平负荷侧谐波阻抗以及电源侧谐波阻抗情况下 内部耦合点合成谐波电压的估算免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载适用于的电源适用于的电源实线适用于脉波变流器虚线适用于及脉波变流器图交流供电电源的线路电流中 由直流联络线的谐波电流产生的谐间波频谱图 参数为与之比免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载频率 单位为单相负荷三相负荷图由直接变流器产生的谐间波频率图在周波变流器驱动装置的公共耦合点 谐波与谐间波电压的测量免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载图在公共耦合点及变压器端子上谐波与谐间波电压与电流的测量 系统与图的相同免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载转差率与共有的频率分量的频率分量的频率分量线路电流中的频谱分量 为转差率或转速比的函数接线图图次同步串级免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载图在超 次同步串级驱动装置上测得的谐波和谐间波电流免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载图电弧炉离散频谱 实线 及连续频谱 虚线 的实例与电弧炉额定电流有关的谐波的函数 带宽等值电路矢量图图稳态及动态电压变化稳态电压变化动态电压变化图稳态及动态电压变化免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载附录提示的附录谐波发射负荷特性及谐波发射典型随时间变化的不同类型负荷及其主要发射的骚扰如下就交流电弧炉及直流焊接变流器而论 驱动与牵引装置变流器会形成一个在稳态之间频繁和迅速变化的负荷 其峰值电流可能上升到额定电流的倍 除谐波电流外 还可能产生电压波动和瞬态的谐间波有些装置的应用会产生重复性的短时大电流 例如在点焊中或在负荷侧 如在沉淀器中 经受或多或少频繁的短路 则会引起电压波动较慢变化的负荷则是精炼 热处理的电热过程以及一些使用变流器的发射谐波电流的电机或磁线圈的励磁在这些情况下 通常不会超过额定电流电化过程 例如电解 镀锌和金属酸洗以及连续发射谐波电流的传递电子管的高压电源以及照明装置均是固定不变的负荷使用电弧的电热过程例如交流电弧炉 焊接或熔炼等则是一种强烈变化的负荷 它们会产生一带宽的谐波和谐间波电流 电压波动和不平衡 而且全都是无规则的变化 在较短电弧的情况下 电流可增加到其额定值的倍静止补偿器的交流控制器通常补偿电弧炉的不平衡和无功功率的波动 此外 还会产生较大波动的谐波和谐间波电流电动机起动器的交流控制器可以瞬时地产生高次谐波感应电机或变压器的合闸会产生瞬态谐波 电压暂降和不平衡 电容器或滤波器的合闸会产生瞬态的谐间波电流和电压暂降在所有这些情况下 峰值电流会远远超过额定的峰值电流变流器的典型发射数据基本数据可见和作为初步近似 可以考虑以下的事项给直流负荷提供 因电感而变得平滑的 直流电流的三相桥式变流器如图和所示在三相桥式接线中大多数都使用了可控变流器 而且运行时直流电流是非间断的 因此按布置时的数值范围是给定的 它们取决于控制角或相对的直流电压 短路比以及直流电流的纹波直流电流的平滑度用以下比值表示式中在线路频率下直流侧的电抗 包括负荷侧的电抗线路频率下交流侧每相的电抗 包括线路 变压器或换相电抗器的电抗 见图和直流电流 平均值时理想的无负荷直流电压式中实际线电压 均方根值免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载式中实际直流电压 均方根值控制角感性直流电压调整率是短路比 即阀侧短路功率与在理想工作点处变流器的直流功率之比为纹波电流中的次谐波电流分量 均方根值交流电源的电流基波分量 均方根值是交流电源的电流的谐波分量 均方根值为谐波次数为自然数如果忽略任何直流电流的纹波及换相现象 则相对的谐波电流等于忽略这些因素后引起的与公式计算结果的偏差如下在图和中就谐波次数和示出了线路侧相对谐波分量与控制角之间的关系 相对于短路功率和时的参数平滑度为和较高次的谐波的数值则列于表和平滑度时的准确值见中的图由于重叠角的增大 较小的相对短路功率会产生很小的谐波分量随着直流电流纹波的增加 即平滑度降低 其相对次谐波含量明显地高于理论值这尤其适用于有脉波直流电流的运行情况 相应地 在有个串联的脉波变流器的情况下线路电流的次相对含量将增加到以上但在两个并联的情况下 它几乎是不变的整数次的非特征谐波 但可能因为线路电压或阻抗或控制角的不平衡而出现脉波运行在两个接线并联或串联供电 相位移为和负荷相等的情况下 一部分次和次谐波会被抵消 但由于两个整流桥之间的直流电压或电流分布不均匀 预计有高达的次和次残余谐波分量关于线路侧谐波电流的相角 在计算几个变流器同时运行所产生的扰动时 相同的次谐波电流是向量相加的相角是正向过零的基波相电压与谐波频率为的谐波电流之间的相角差正的表示谐波电流的相角滞后作为初步探讨 对和使用因此较高谐波次数的相角分布范围较宽因此 正号对或连接的变流器变压器有效 而负号则分别适用于直接连接的变流器和按或接线的变流器变压器交流电流中的相对谐波电流表表和表列出了在短路比时 相对直流电压相应的控制角 以及直流电流中次谐波分量的合成直流电流纹波的三个数值免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载运行的正常范围为可控 较低的直流电压可控的常见直流电压不可控的直流电压在平滑度较高的直流电流情况下表直流纹波较低时的相对谐波电流在中等平滑度的直流电流情况下表中等直流纹波时的相对谐波电流在平滑度较低的直流电流情况下表直流纹波较高时的相对谐波电流交流电源谐波电流的中间值更详细的估算 见附录的文献和线路侧谐波电流的相角在良好平滑的电流的情况下式中重叠角交流电源的相电压交流电源中的相电流交流电源的角频率根据变流器变压器的绕组接线方式 可用以下关系式近似地计算相角免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载变流器直接地或通过或接法的变压器与电源连接电流与电压波形见图对对变流器通过或接法的变压器与电源连接电流与电压波形见图对注即使出现直流纹波 这些公式也适用于次和次谐波电流关于直流侧电流纹波对交流侧次谐波电流的影响见附录中的文献通过滤波器给直流负荷供电的三相桥式变流器如图所示 当可控变流器通过带有足够大的平波电抗器的滤波器向带有直流电压联络线的变流器供电时 可使用与间接变流器相关的资料 当满足下述条件时可得到很高的平滑度式中交流电源的角频率滤波器的谐振角频率给直流负荷供电的带有平波电容器的三相桥式变流器如图所示 由连结的二极管整流器直接为大型平波电容器供电时 在交流电源电抗较小的情况下会出现较大的谐波电流表表示相对谐波分量与相对短路功率的依赖关系图表示交流电源次及次谐波的中间值 在附录的文献中给出了有关幅值和相位特性的更详细结果关于直流电压纹波更详细的计算结果见附录中的文献与如果忽略直流电压的纹波 假设则低次谐波电流的相角范围大约为谐波水平很大程度上取决于交流侧和直流侧的滤波器 应向制造厂提出要求当在电网中同时有很多这样的装置运行时 其低次谐波 尤其是次和次 的相角非常近似 因此 它们几乎是代数相加的表给大电容供电的二极管的相对谐波电流关于其接线及其谐波发射的更详细资料参阅附录的文献含有一对或几对反向并联连结的直接变流器如图所示 由一对变流器馈送的单相交流负荷如图所示 由称之为周波变流器的三对变流器馈送的三相交流负荷对于交流电源中特征次数即次的合成谐波电流 可使用与间接变流器相类似的值这些数值一般较低的 但增加了边带频率的谐间波更精确的计算见附录中的文献免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载交流控制器交流控制器通过交流线路中反向并联连接的晶闸管来调整负荷上的交流电压与电流有单相和三相控制器之分图中和表示通常所使用的接线方式 线路电流的相对谐波分量取决于电路的比值以及控制角表表示在控制范围内谐波电流的最大值表示基波负荷电流的最大值按照图的单相接线给出了几个比值下的这些数值适用于图中所示的电路注意 中性线流过三倍的次谐波电流谐波电流的相角取决于之比和触发延迟角表给出了更多的资料 包括单相交流控制器的最大相对谐波电流 以及较低谐波次数的有关相角这些数值 即关于幅值 对图的具有相等点火延时角的三个单相控制器也基本是适用的 但和次谐波被抵消最大基波电流及为关于按图和结线的交流控制器的谐波电流的详细资料见附录的文献三相交流控制器常被用来控制变压器的初级电压 该变压器的二次侧通过二极整流管给高压或大电流的直流负荷供电通常采用电抗器使直流电流的波形平滑谐波电流取决于交流控制器和变压器的接线 控制角以及平滑度 应要求制造商提供预期的谐波电流值表单相交流控制器的某些次谐波的值与负荷比的关系次数注在最不利情况下自换相变流器免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载与线路侧连接的自换相变流器都能补偿无功功率 并减小谐波电流由于还很少采用这种新技术所以 目前尚未对它进行讨论电弧炉交流电弧炉产生的谐波电流以及其波动取决于几个因素 例如运行方式 残渣的类别 温度和电极的条件等由于谐波是随机变化的 其测量值取决于谐波分析仪的配置附录中的参考文献给出了一个电弧炉测量频谱的实例 见图但其他一些电弧炉的频谱有较大的偏差谐波的相角在较大范围内随机变化交流焊机经高电抗变压器进行点焊的交流焊机并不产生明显的谐波只是当焊弧起燃时或焊接电流受交流控制器控制时才产生谐波电流因为负荷回路具有高电抗 这两种情况下的谐波电流都很低表中适合于焊机 但是焊机所产生的主要骚扰是电压波动荧光灯荧光灯大多数经过镇流器接入电源 由于放电电弧的非线性阻抗 故它们产生幅值和相角恒定的谐波电流将取代白炽灯泡的现代荧光灯管 由高频发生器供电目前 交流电源通常输入到在直流侧接有平波电容器的单相二极管桥式电路同一供电电源中的计算机 电视机等与荧光灯一起大量的增加 会在整个电网中产生较高的谐波骚扰水平 尤其是次谐波此外 在中性线中预期会可以预期有较高的三次谐波电流饱和电感元件的操作变压器与交流电机的涌流取决于操作瞬间的相角和有效铁芯部分的剩磁涌流含有整数倍低次谐波 其中包括零次的直流分量谐波分量衰减的时间常数在几秒到几分钟 大功率变压器 之间电容器组的操作电容器的合闸会激发谐振 其频率由电容和所有电源电感决定在有滤波器的情况下 其合成谐振频率稍低于滤波器调谐的频率 这种谐振在到个周期内 即在小于内 衰减注无功补偿的设计应避免无调谐电抗器时的电容量 因为其中之一的谐波会引起并联谐振为了不升高线路电压 还应防止过补偿免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载直流驱动装置和静止补偿器电流源型逆变器附加的滤波电容和电压源型逆变器图交流电源侧的晶闸管变流器和带有的平波电抗静止补偿器 和直流电机 之间的直流电压直流电压和频率为的交流电压的叠加直流电流和频率为的交流电流的叠加图交流电源侧产生谐波 谐间波的变流器的等值电路图交流电源侧带有滤波电容和电压源型逆变器的二极管整流器免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载次谐波分量次谐波分量参数平滑度和图次和次相对谐波电流与控制角的关系变压器或连接时电压和电流的波形图经变压器与电源连接的变流器的原边电压和电流免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载变压器或连接时电压和电流的波形电源电流中谐波电流频谱 以基波电流过零为基准左图对应情况右图对应情况图完图在提供无纹波直流电压的接线的二极管整流器交流电源侧的相对谐波电流免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载单相输出三相输出 周波变流器图直接变流器单相控制器三相控制器 星形连接负荷连接成星形三相控制器 三角形连接图交流控制器的接线免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载附录提示的附录谐波传播计算与谐波电压分量估算时的网络阻抗范围本附录涉及到计算电力系统中谐波电流分布和谐波电压分量时必需的阻抗的估算这里还提供一种简单的方法 其频率限于次谐波以下并适用于工业设备计算的准确度随频率的增加而减小因此 对于临界的情况 辅助测量是有用的其目的在于指导系统设计者计算谐波频率下的网络阻抗引言与供电系统连接的负荷可能产生谐波电流 并流过电网的不同支路 谐波电流会在系统各元件的阻抗两端产生电压降 因此 被考虑的负荷会在其连接点和整个系统产生谐波电压 这些谐波电压的幅值以及电网中谐波电流的分布由电网中不同支路的谐波频率阻抗以及谐波源的大小及位置来决定计算方法谐波电流的分布及谐波电压的计算应考虑供电系统的内部 一直到网络的无穷大电动势处 的阻抗以及与同一系统并联的所有设备的阻抗可能包括以下的阻抗与被研究系统连结的高压供电电网变压器及限流电抗器交流旋转电机电缆与架空线为改善功率因数而安装的电容器谐波滤波器大型负荷具有高内阻的负荷 用电感方法使直流电流平滑的电网换相变流器 通常被认为是理想的谐波电流源一般地 当考虑电网中谐波电流的分布时忽略电网的非对称性在这样的假定下 可用单相等值电网来进行谐波分布的研究 另一方面 在计算骚扰负荷注入的谐波电流量时 将考虑其非对称性注仅考虑线电压 因此 这里不涉及零序网络在研究简单系统的情况下 可进行人工计算 但是 一般在比较复杂的电网结构中 人工计算是繁重的 尤其是如果计算不同耦合点在各种频率下的谐波电压分量时更为繁重在这种情况下 建议使用计算机程序来进行电力系统分析市场上可买到很多这类程序谐波电压的确定作为初步近似 当假定负荷注入的谐波电流和电压并不在很大程度上取决于谐波频率下的电网特性 那么可以估算系统中的谐波电压分量 注入电流主要取决于平滑度 被考虑装置的运行条件 在某种程度上还取决于骚扰设备连接点处的短路功率注感性负荷较大的电网换相变流器在频率高达次谐波的范围内起谐波电流源的作用 其他骚扰设备会起谐波电压或电流源的作用单一负荷产生的谐波电压的计算是用连接点处的网络内部阻抗乘以注入的谐波电流在此情况下免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载内部阻抗是从负荷端朝电网里看去的等值阻抗是针对每一谐波频率来计算的计算应考虑馈电线的阻抗以及包括谐波滤波器在内的所有并联设备的阻抗图表示系统中对两个不同点计算的实例应注意 当网络或 和负荷条件不同时可能有较大的变化因此 设计者掌握变化范围的全部资料是重要的网络阻抗随频率的变化一般而言是频率的复杂函数 但在某些情况下可使用简化的方法而采用手算 当网络的电容可忽略或在所考虑的频率范围内单一电容起主要作用的场合下均可使用这种方法注阻抗经常只用电抗部分来近似 而当阻抗为容性时有负号下面省略了复数量的符号在特定的谐振情况下 必须考虑次以上的谐波与频率成正比对于没有大型电容器作功率因数补偿和没有长电缆电网的简单设施中 不可能出现频率高达次谐波的谐振条件在这种情况下 可认为主要是感性的 并可按下式近似式中在次谐波时的网络电抗基波频率时的网络电抗满足下述条件时 使用这种方法具有较好的准确度 通常优于通过变压器向母线供电 且变压器基波频率阻抗比高压电源阻抗高如果在考虑的频率范围内 可能在高压供电电源中出现谐振如果在考虑的频率范围内 不可能在高压电源中出现谐振连接到二次系统的总电容量非常低 以致谐振频率至少为被研究的最高谐波频率的倍谐振频率按下式计算式中 如果忽略电容是对应于的每相电感是考虑了在计算的点上接有功率因数电容器和电缆电容时的每相电容量三相电缆的电容量一般为每相也可由下式得到式中基波频率电源的短路功率系统中电容器与电缆产生的总无功功率通过以下对简单网络结构的考虑 证明以上规则是正确的简单网络的网络阻抗高压电网的谐振在图所示的给定频率下 考虑网络结构及相关的阻抗图如果不发生谐振为高压电源的内阻抗由于供电系统中电容的存在而使谐振放大 其倍数多数情况下认为是倍及以下因此 阻抗向量将在一个直径为的阴影圆内变化 并可从阻抗图中推导出以下的表达式免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t )免费标准下载网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载如果则低压电网中的谐振考虑图所示的单次谐振网络可推导出耦合点上的阻抗为式中系统的频率谐振频率如果则这个不等式说明 在和的情况下 近似认为阻抗随频率线性变化是合理的单次谐振时的如果可将所有容性分量看作接在同一电气点上 则可按与并联来计算的合成值 其中与的定义与的相同原理与图中解释的原理一致然而 在谐振点附近 这种方法将得到很高的合成阻抗值 为了计算出合适的值 应考虑网络阻抗的阻性分量但是 谐波频率下的阻性分量在实际情况中很难确定因此 建议之值仅用和来计算 而忽略阻性分量但这也是有限制的 即谐波放大系数不超过倍 其中较小值对应于大负荷网络 较大值则对应于极小负荷的网络 在公用电网中谐振放大系数通常不超过倍 但在某些轻负荷状态的工业电网中可能达到倍更复杂系统中的如果容性设备接在电网的几个点上 或者如果将电容器与串联电抗器调谐 就会出现几个谐振点在这些情况以及其他更复杂网络的情况下 手算是繁重的 因此建议用计算机计算图表示在耦合点阻抗随频率变化的实例 是由系统供电的工厂的单线图 以及从和看到的电源阻抗的相对变化 也表明了安装改善功率因数的电容器后的影响这种情况下点处出现明显的并联谐振系统部件的阻抗计算电网中的谐波电流分布及谐波电压要求定义其阻抗 该阻抗能描述网络中每个部件在谐波频率下的性能根据被考虑的模型及有相参数的资料一般可在手册中查到下面就一些特殊问题提出了意见 同时考虑将研究的频率范围限制到次谐波同步发电机 感应电动机一般地 电机基本上表现为电感特性 同步电机中考虑的电感是负序电感 而感应电动机则是闭路转子电感阻性损耗随着频率的增加而急剧增加 附录的文献中已收集了一些数据同样 更复杂的模型表明电感随着频率的增加而减少还须考虑可能存在的冲击保护电容器免费标准下载网( w w w .