Кузнецов В.Г., Курунный Э.Г., Лютый А.П. Нормируемые показатели ЭМС по несинусоидальности напряжения

Кузнецов В.Г., Куренный Э.Г., Лютый А.П. Электромагнитная совместимость. Несимметрия и несинусоидальность напряжения. - Донецк: Норд - Пресс, 2005. - 150-173 с. с ил.

5.7. Нормируемые показатели ЭМС по несинусоидальности напряжения

Несинусоидальность напряжения во всех стандартах оценивается по коэффициентам искажения синусоидальности напряжения и гармонической составляющей, которые для краткости будем именовать коэффициентами искажения и гармоники. Как и для несимметрии напряжений, примем следующие обозначения: - среднеквадратические коэффициенты искажения и гармоники за промежуток времени с (в [6] - Тns).

За интервал осреднения количество N наблюдений должно быть не менее девяти. Результаты i-го наблюдения вычисляются по формулам:

В принятых обозначениях:

Допустимые значения показателей несинусоидальности напряжения из [6] приведены в табл. 5.2 и 5.3. Предельно допустимые значения коэффициента гармоник принимаются в 1,5 раза бoльшими по сравнению с указанными в табл. 5.3.
Принцип нормирования по гармоникам принят в стандартах других стран [65-71], а также в проектах стандартов Международной электротехнической комиссии [59-62]. Сопоставление стандартов дано в [20, 73]. Некорректность такого принципа показана в п. 5.1. Однако до уточнения стандартов контроль ЭМС в точках коммерческого учета должен производиться по нормам существующего стандарта.
Для достижения единства измерений и расчетов необходимо иметь единую модель для выделения "гармоник" из помехи. Как отмечалось в п. 5.1, эта операция осуществляется пропусканием помехи через полосно-пропускающие фильтры ФПП, настроенные на частоты канонических гармоник: от п= 2 до 40 (рис. 5.16). Реакции

фильтров возводятся в квадрат и определяются квадраты их действующих значений

за цикл длительностью 0,02 с. Для периодической помехи величины

являются коэффициентами гармоник, а для случайных - коэффициентами псевдогармоник. Коэффициент искажения определяется извлечением корня в звене 7 из суммы квадратов коэффициентов гармоник.
В соответствии с (5.69) и (5.70) под стандартными следует понимать электроприемники, осуществляющие квадратичное трехсекундное осреднение. Их количество равно 40 - один для коэффициента искажения и 39 - для коэффициентов гармоник. Структурные схемы моделей (рис. 5.17) аналогичны схеме на рис. 3.8,а - отличие состоит только в индексах обозначений энергетических кумулятивных процессов

и коэффициентов

. В блоках 8 с интегральной вероятностью 0,95 определяются максимальные значения

для нормального режима и с вероятностью 0,999 - значения

для предельного режима. Они не должны превосходить нормируемые значения, приведенные в табл. 5.2 и 5.3.

Таблица 5.2 - Нормируемые значения коэффициента искажения в процентах

Uн,kB	Нормально допустимые	Предельно допустимые
0,38	8	12
6-20	5	8
35	4	6
110-330	2	3

Таблица 5.3 - Нормируемые значения коэффициента гармоник в процентах для нормального режима

n,kB	Uн=0,38kB	Uн=(6-20)kB	Uн=35kB	Uн=(110-330)kB
5	6	4	3	1,5
7	5	3	2,5	1
11	3,5	2	2	1
13	3	2	1,5	0,7
17	2	1,5	1	0,5
19	1,5	1	1	0,4
23	1,5	1	1	0,4
25 и более	0,2+32,5/n	0,2+20/n	0,2+15/n	0,2+5/n
3	2,5(5)	1,5(3)	1,5(3)	0,75(1,5)
9	0,75(1,5)	0,5(1)	0,5(1)	0,2(0,4)
15	0,3	0,3	0,3	0,2
21 и более	0,2	0,2	0,2	0,2
2	2	1,5	1	0,5
4	1	0,7	0,5	0,3
6	0,5	0,3	0,3	0,2
8	0,5	0,3	0,3	0,2
10	0,5	0,3	0,3	0,2
12 и более	0,2	0,2	0,2	0,2
( )Для однофазных электрических сетей

Рис. 5.16. Структурные схемы моделей для определения текущих значений коэффициентов искажения и гармоник

Рис. 5.17. Структурные схемы стандартных электроприемников по несинусоидальности напряжения: а - для коэффициента искажения, б - для коэффициентов гармоник (n более или равно 2 и n менее или равно 40)
Как и при оценивании несимметрии (рис. 3.8,б), вместо трехсекундного осреднения целесообразно перейти к квадратичному инерционному сглаживанию. В этом случае в схемах на рис. 5.17 кумулятивное звено 3 заменяется на инерционное звено 2 с постоянной времени 1,3 с.
Дальнейшее совершенствование нормирования будет идти по пути реализации принципа нормирования по дозам (п. 1.9). В действующих сетях помехи могут иметь широкий частотный диапазон (рис. 5.3). В низкочастотном диапазоне несинусоидальность напряжения более всего сказывается на электроприемниках с индуктивной проводимостью, а в высокочастотном - на конденсаторных установках и изоляции. Поэтому надо ввести два стандартных электроприемника и две дозы несинусоидальности:

- низкочастотную и

- высокочастотную. Выбор стандартных электроприемников и их параметров должен осуществляться путем экспертных оценок, что требует отдельного рассмотрения.
При нормировании высокочастотной дозы в качестве стандартного объекта естественно принять силовой конденсатор со схемой замещения без релаксаторов. Для учета ограниченности частотного диапазона в схему ВФ (рис. 5.8) введем ФНЧ. Структура такого составного ВФ представлена на рис. 5.18. На выходе ВФ протекает ток

, который практически не отличается от тока КУ в схеме без ФНЧ. Для определенности стандартным будем считать силовой конденсатор КМ-0,38-26-3УЗ, параметры которого приведены в п. 5.4.

Рис. 5.18. Структурная схема ВФ в модели ЭМС стандартного конденсатора с ФНЧ
Перемножая выражения (5.21) и (5.46), получим передаточную функцию

Полюса многочлена во вторых скобках:

где

С учетом (5.23) представим (5.71) в виде

Произведение выражений (5.24) и (5.47) дает АЧФ

Допустимую температуру

дополнительного перегрева КУ от несинусоидальности напряжения можно установить либо из условия допустимой перегрузки, либо из допустимого сокращения срока службы.
Стандарт [5], как и [41], допускает длительную работу КУ при нагрузках до 1,3 от номинального тока. Тем не менее принимать значение 1,3 в качестве длительно допустимого нельзя, так как в этом же стандарте повышение напряжения, а следовательно тока, на 30 % допускается лишь в течение 10 мин. В качестве экспертной оценки длительно допустимую перегрузку можно принять равной 10 %, что соответствует норме повышения напряжения на 10 %, которое допускается в течение 12 ч, т.е. практически длительно. В этом случае согласно (1.46) допустимое значение несинусоидальной компоненты тока составит

а соответствующая допустимая температура

Повышение температуры на 6,3°С вызывает значительное сокращение срока службы: согласно (1.37) для изоляции класса А - в 1,73 раза. В связи с этим лучше исходить из условия единства требований к сокращению срока службы для помех разного вида. Для двигателей допустимое сокращение срока службы от несимметрии напряжений было принято равным 19 % (п. 3.8), что соответствует дополнительной температуре нагрева

= 2°С, а не 6,3°С. В этом случае

а длительно допустимая перегрузка составляет всего

Выбор допустимой температуры должен быть выполнен путем экспертных оценок. Для определенности далее принято значение 2°С.
Согласно (1.47) коэффициент высокочастотной дозы составит

Для нормального режима высокочастотная доза определяется выражением

а допустимое значение дозы равно единице. В предельном режиме нормы из [6] в 1,5 раза больше , поэтому допустимое значение дозы составляет 1,5.
Для периодических и стационарных помех доза неизменна. Статистическая же обработка доз требуется, если помеха нестационарна. В этом случае за сутки с интегральными вероятностями 0,95 и 0,999 определяются расчетные максимальные значения доз

для нормального и предельного режимов. Условие ЭМС

Перейдем к определению низкочастотной дозы. Здесь в качестве стандартного электроприемника естественно принять АД, как наиболее распространенный. Для целей нормирования можно использовать простую модель в виде инерционного звена, которое имеет коэффициент передачи

и постоянную времени

Для изоляции класса А длительно допустимая температура равна 60°С [7].
Ввиду малости диапазона изменения помехи, а следовательно и температуры, относительное приращение температуры в два раза превышает относительное приращение тока. Это позволяет определить допустимое увеличение тока:

В этом случае согласно (1.46) несинусоидальная компонента тока не должна превышать значение

поэтому коэффициент низкочастотной дозы

По аналогии с (5.75) и (5.76) запишем выражение для дозы

и условия ЭМС:

Следует отметить, что в [7] допускается увеличение температуры на 10 и 5°С - соответственно для электрических машин мощностью до и свыше 100 кВт. При этом срок службы значительно сокращается: для изоляции класса А - на 238 и 54,2 процента. Однако такое повышение температуры может быть вызвано не только несинусоидальностью, но и отклонениями напряжения, а также несимметрией. Поэтому для каждой помехи целесообразно принимать меньшие значения, например, 2°С.
Таким образом, вместо не универсальной и громоздкой системы показателей ЭМС, основанной на понятии гармоник, достаточно нормировать только дозы несинусоидальности. Дозы не могут охватывать все виды электрооборудования, компьютеры и др. Поэтому в соответствующих стандартах на ЭМС возможно использование других стандартных электроприемников, но во всех случаях целесообразно вводить понятие дозы - в том числе и для систем питания, для которых в [8] нормируются предельные переходные или частотные функции.