Особенности испытаний электрооборудования и применимости результатов к низковольтным силовым сетям объектов с учетом зменений IEEE-519 2022 года. Интергармоники и их значение при выборе оборудования для силовой сети.
Для большинства оборудования доля гармонического тока в общем токе возрастает по мере уменьшения нагрузки и это особенно верно для выпрямителей, так как при уменьшенной нагрузке (по отношению к ней) индуктивности становятся пропорционально меньше, а емкости – больше. В простом выпрямителе токи основных гармоник (3, 5 и 7) падают в абсолютном выражении по мере уменьшения нагрузки и только некоторые из высших гармоник могут увеличиваться в некоторых частях диапазона (см. рис. ниже).
Поэтому стандарты на электрооборудование (IEC 61000-3-12) регламентируют, что оно должно испытываться при номинальной нагрузке, а гармоники следует измерять и рассчитывать в долях номинального входного тока.
Однако в условиях испытаний на электромагнитную совместимость приводы, используемые в электромеханическом оборудовании, часто трудно эксплуатировать при номинальной нагрузке, которая может быть достигнута только на короткое время. Измерительные приборы обычно указывают гармоники и THD как долю основного тока в тот же момент времени, что и измерение, т. е. без учета номинального тока оборудования и поэтому результаты должны быть скорректированы.
Для испытания любого электроприемника существует четко определенный эталонный ток, который является максимальным фундаментальным (основным) током нагрузки (в IEEE Std 519 - maximum fundamental load current) для конкретного потребителя электроэнергии в PCC (точке общего присоединения - point of common coupling) и он рассчитывается как средний ток максимального спроса (всей нагрузки) за предшествующие 12 месяцев. Затем устанавливаются предельные значения гармоник по отношению к этому току максимального спроса, а коэффициент полного искажения потребления TDD (Total Demand Distortion) (см. формулы расчета, различия THD и TDD здесь) используется для выражения отношения среднеквадратичных значений гармонических токов к максимальному.
Стандарт IEEE Std 519 в зарубежных странах часто применяется в качестве условия договора при покупке силового оборудования, и нередко за номинальный ток для конкретного оборудования принимается maximum fundamental load current, что в итоге приводит к очень строгому ограничению токов гармоник, которое может быть достигнуто только с использованием специальных устройств подавления.
Справка: Стандарт IEEE 519 определяет критерии искажения гармоник напряжения и тока при проектировании электрических систем. Издание IEEE 519-2022 заменяет издание 2014 года с декабря 2022 года и включает важные изменения:
- ограничения тока IEEE-519 в точке общего присоединения (PCC) должны применяться, если установка имеет инвертированные базовые ресурсы (IBR – Inverted Based Resources) или распределенные энергетические ресурсы (DER - Distributed Energy Resources) в дополнение к нагрузкам, а совокупная номинальная генерация в сети ниже 10% от среднегодовой потребности в нагрузке;
- IEEE 1547 или IEEE 2800 (если применимо) должны применяться в PCC, если установка имеет IBR или DER в дополнение к нагрузкам, а к совокупная номинальная генерация на месте превышает 10% от среднегодовой потребности в нагрузке;
- если сеть не имеет IBR или DER, на PCC следует применять ограничения по току IEEE-519.
В издании 2014 года все четные гармоники тока были ограничены 25% их нечетных аналогов в соответствующей группе гармоник.
Издание 2022 года значительно отличается, поскольку только четные гармоники ограничены только 50% их нечетных аналогов в той же группе гармоник. Смысл в том, что все четные гармоники выше 6-й могут быть в 4 раза выше по сравнению с пределами редакции 2014 года. т. е. такими же, как и их нечетные аналоги в группе.
Интергармоники и их значение при выборе оборудования для силовой сети
Низкочастотное излучение может быть с частотой, не кратной частоте питающей сети и это называется интергармоникой, если частота находится в диапазоне от нуля до 50-го порядка (общепринятой терминологии для более высоких частот пока нет).
Чрезмерные интергармоники могут привести к нежелательным эффектам, приводящим к мерцанию освещения и модуляции постоянного тока, полученного путем выпрямления, к помехам для чувствительного к форме сигнала оборудования, такого как системы бесперебойного питания и т.д.
Обычный привод обычно не является значительным источником интергармоник, однако активный ШИМ преобразователь будет источником излучения на частотах, связанных как с частотой переключения ШИМ, так и с частотой питания. То же самое относится и к активному фильтру гармоник и, хотя для таких искажений пока не существует согласованных ограничений, разумным практическим применением будет адаптация пределов по IEC 61000-2-2:
Vf = 1930/f – 0.27 (%), где f – рассматриваемая частота эмиссии
Например, излучение на частоте 2,9 кГц, которое является доминирующим продуктом модуляции при частоте переключения 3 кГц и частоте сети 50 Гц, будет ограничено до 0,4%, а стоимость специального фильтра для достижения такого результата будет намного меньше, чем типового фильтра гармоник.
Более детально об интергармониках в следующем материале цикла.
