GB/Z 18039.2-2000 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

前言

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

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

指导性技术文件仅供参考有关对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

指导性技术文件附录附录附录附录和附录为提示的附录

指导性技术文件国家电力公司提出

指导性技术文件由全国电磁兼容标准化联合工作组归口

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

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

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

照两组织间的协商定的条件密切合作

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

是第类技术报告是第技术委员会电磁兼容的分技术委员会

低频现象制定的

技术报告的文基于下表中的文件

表决报告

在上表的表决报告中可到表决通过报告的全部信息

附录附录附录附录和附录仅作参考

引言

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

分部分是一个技术报告

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

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

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

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

国家质量技术监督局批准实施

水平这些限值是通过对下述因素的统计研究而定的

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

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三步程序来定

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

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

磁饱和装置气体放电灯谐波

非线性特性电弧炉交流电弧焊机谐波谐间波电压变化不平衡

变压器合闸谐波电压暂降

变流器交流控制器

电子装置操作负荷谐波谐间波电压变化不平衡

多周波控制装置

操作负荷电容器滤波器感应电机合闸谐间波电压暂降

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取决于线路电压与负荷接通时的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

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定即谐波电流在线路阻抗两端产生的

电压降来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所造成的迭加效果

谐波合成电压向量和的准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

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

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

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

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

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

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

表适用于幅值和相为均匀分布的值

最大幅值全部相等

相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