Tiêu chuẩn TCVN 7909-2-6:2008 Mức phát xạ nhiễu dẫn tần số thấp trong cung cấp điện của KCN

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 7909-2-6:2008

IEC/TR 61000-2-6:1995

TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ (EMC) - PHẦN 2-6: MÔI TRƯỜNG - ĐÁNH GIÁ MỨC PHÁT XẠ LIÊN QUAN ĐẾN NHIỄU DẪN TẦN SỐ THẤP TRONG CUNG CẤP ĐIỆN CỦA KHU CÔNG NGHIỆP

Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 2-6: Environment - Assessment of the emission levels in the power supply of industrial plants as regards low-frequency conducted disturbances

Lời nói đầu

TCVN 7909-2-6: 2008 hoàn toàn tương đương với IEC/TR 61000-2-6: 1995;

TCVN 7909-2-6: 2008 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/E9 Tương thích điện từ biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Lời giới thiệu

TCVN 7909-2-6: 2008 là một phần của bộ Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7909.

Hiện tại, bộ Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7909 (IEC 61000) đã có các phần dưới đây, có tên gọi chung là Tương thích điện từ.

Phần 1-1, Quy định chung - ứng dụng và giải thích các thuật ngữ và định nghĩa cơ bản

Phần 1-2, Quy định chung - Phương pháp luận để đạt được an toàn chức năng của thiết bị điện và điện tử liên quan đến hiện tượng điện từ

Phần 1-5, Quy định chung - ảnh hưởng của điện từ công suất lớn (HPEM) trong khu dân cư

Phần 2-2, Môi trường - Mức tương thích đối với nhiễu dẫn tần số thấp và tín hiệu truyền trong hệ thống cung cấp điện hạ áp công cộng

Phần 2-4, Môi trường - Mức tương thích đối với nhiễu dẫn tần số thấp trong khu công nghiệp

Phần 2-6, Môi trường - Đánh giá mức phát xạ liên quan đến nhiễu dẫn tần số thấp trong cung cấp điện của khu công nghiệp

 

TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ (EMC) - PHẦN 2-6: MÔI TRƯỜNG - ĐÁNH GIÁ MỨC PHÁT XẠ LIÊN QUAN ĐẾN NHIỄU DẪN TẦN SỐ THẤP TRONG CUNG CẤP ĐIỆN CỦA KHU CÔNG NGHIỆP

Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 2-6: Environment - Assessment of the emission levels in the power supply of industrial plants as regards low-frequency conducted disturbances

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này đưa ra các quy trình khuyến cáo để đánh giá mức nhiễu sinh ra do phát xạ của máy móc, thiết bị và hệ thống được lắp đặt trong mạng lưới của môi trường công nghiệp, không phải là mạng cấp điện công cộng, liên quan đến nhiễu dẫn tần số thấp trong hệ thống cung cấp điện; trên cơ sở đó, có thể rút ra được mức phát xạ liên quan. Tiêu chuẩn này áp dụng cho hệ thống cung cấp điện xoay chiều hạ áp hoặc trung áp không phải là mạng cấp điện công cộng ở tần số 50/60 Hz. Các mạng cấp điện cho phương tiện đường thủy, phương tiện hàng không, giàn ngoài khơi và phương tiện đường sắt không nằm trong phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn này.

Tiêu chuẩn này đề cập đến nhiễu dẫn tần số thấp được phát ra từ thiết bị nối với hệ thống cung cấp điện. Các nhiễu cần quan tâm là:

· hài và hài trung gian;

· mất cân bằng;

· thay đổi điện áp;

· sụt áp.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn dưới đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu có ghi năm công bố, chỉ áp dụng các bản được nêu. Đối với các tài liệu không ghi năm công bố, áp dụng bản mới nhất (kể cả các sửa đổi).

IEC 60050-161, International Electrotechnical Vocabulary (IEV) - Chapter 161: Electromagnetic compatibility ((Từ vựng kỹ thuật điện quốc tế (IEV) - Phần 161: Tương thích điện từ)

IEC 60146, Semiconductor convertors (Bộ chuyển đổi bán dẫn)

IEC 61000-3-3:1994, Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3: Limits - Section 3: Limitation of voltage fluctuations and flicker in low-voltage supply systems for equipment with rated current Ê 16 A (Tương thích điện từ (EMC) - Phần 3: Giới hạn - Mục 3: Giới hạn biến động điện áp và chập chờn trong hệ thống cung cấp điện hạ áp dùng cho thiết bị có dòng điện danh định £ 16 A)

IEC 61000-3-5: 1994, Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3: Limits - Section 5: Limitation of voltage fluctuations and flicker in low-voltage supply systems for equipment with rated current greater than 16 A (Tương thích điện từ (EMC) - Phần 3: Giới hạn - Mục 5: Giới hạn biến động điện áp và chập chờn trong hệ thống cung cấp điện hạ áp dùng cho thiết bị có dòng điện danh định lớn hơn 16 A)

3. Yêu cầu chung

Để đạt được tương thích điện từ, cần hạn chế mức nhiễu tổng tại các điểm ghép nối khác nhau; điều này nghĩa là bộ khống chế phát xạ của phụ tải gây nhiễu phải nối vào hệ thống cung cấp điện.

Trong phạm vi mà mạng lưới hạ áp công cộng đề cập đến, việc khống chế mức nhiễu có được bằng cách giới hạn chặt chẽ mức phát xạ của thiết bị tiêu thụ đến 16 A lắp đặt trong mạng lưới. Các giới hạn này được cố định trên cơ sở xem xét thống kê về:

· tính phổ biến rộng rãi của thiết bị trong mạng lưới;

· loại ứng dụng (yếu tố đồng thời);

· đặc tính của mạng.

Tất cả các thiết bị tiêu thụ đến 16 A có thể được kết nối, miễn là thỏa mãn giới hạn phát xạ trong tiêu chuẩn liên quan.

Cách tiếp cận này phản ánh thực tế là trong mạng cấp điện công cộng không thể có phối hợp chặt chẽ giữa những người sử dụng khác nhau với các ngành phục vụ.

Liên quan đến khu công nghiệp và mạng không không phải là mạng công cộng, sự phù hợp với mức tương thích phải đạt được ở các vị trí khác nhau:

A. Tại điểm ghép nối chung (PCC) đến mạng công cộng. Phát xạ tổng của khu công nghiệp vào mạng công cộng chịu giới hạn liên quan, dựa trên các yêu cầu của ngành phục vụ và dựa trên các điều kiện của mạng cung cấp điện.

B. Tại (các) điểm ghép nối bên trong (IPC). Mức nhiễu tổng sinh ra do phát xạ của thiết bị trong khu công nghiệp và mức nhiễu từ nguồn đưa vào cần được giới hạn để chọn mức tương thích tại IPC liên quan.

Sự phù hợp với các yêu cầu nêu trên có thể đạt được bằng cách ấn định các giới hạn về phát xạ của các mảng thiết bị đơn lẻ, có xem xét các yêu cầu dưới đây:

· trở kháng thực của mạng lưới mà thiết bị được nối vào;

· sự kết hợp giữa các thiết bị đang có trong khu công nghiệp;

· ứng dụng thực tế của thiết bị liên quan đến tổ chức quá trình sản xuất;

· khả năng khống chế và giảm nhẹ nhiễu có thể đạt được nhờ các biện pháp như thiết bị lọc hoặc thiết bị bù, phân bố tải trên các nguồn cung cấp khác nhau, phân đoạn tải gây nhiễu.

Cách tiếp cận này phản ánh thực tế là trong khu công nghiệp có thể phối hợp các tải gây nhiễu, cả ở giai đoạn thiết kế và ở giai đoạn vận hành.

Để đạt được mức kinh tế tổng thể, các yếu tố dưới đây là quan trọng đối với giới hạn phát xạ của từng mảng thiết bị:

· phát xạ thực tế của mảng thiết bị có thể phụ thuộc nhiều vào đặc tính của mạng cung cấp;

· thiết bị công suất thấp, ngay cả khi không tương thích về mức phát xạ với tiêu chuẩn mạng công cộng thì cũng có thể có tác động tổng thể không đáng kể trong khu công nghiệp khi có thiết bị gây nhiễu nặng;

· dạng thức tổng của nhiễu gây ra do các nguồn khác nhau phụ thuộc nhiều vào thiết kế thiết bị và qui trình gia công liên quan;

· trong chừng mực nhất định, người sử dụng có thể chọn các mức tương thích điện từ áp dụng được tại IPC. Thực tế, việc chọn này là sự cân bằng giữa chi phí để giới hạn mức phát xạ và chi phí để giảm mức nhiễu bằng biện pháp giảm nhẹ nhiễu hoặc chi phí để tăng miễn nhiễm.

4. Phối hợp giữa các mức phát xạ với mức tương thích

Giới hạn phát xạ cho phép của thiết bị có thể được chỉ ra thông qua quy trình ba bước:

a) Thông tin giữa ngành phục vụ và người sử dụng, và giữa người sử dụng và nhà chế tạo

Ngành phục vụ cần cung cấp cho người sử dụng các thông tin tối thiểu dưới đây:

· giới hạn phát xạ tổng áp dụng cho khu công nghiệp;

· mức nhiễu hiện tại và tương lai có thể có tại PCC, chưa kể nhiễu do khu công nghiệp tạo ra;

· dải các giá trị của trở kháng nguồn tại điểm ghép nối cần thiết để đánh giá nhiễu; dải này liên quan đến cả cấu hình mạng và đặc tính tần số.

Người sử dụng cần cung cấp cho ngành phục vụ các thông tin về:

· đặc tính của thiết bị cần lắp đặt, và chế độ làm việc của nó;

· đặc tính của thiết bị bù hệ số công suất;

· đặc tính của bộ lọc có thể có để bù dòng điện hài.

Người sử dụng cần cung cấp cho nhà chế tạo các thông tin tối thiểu dưới đây:

· kế hoạch lắp đặt, và đặc tính của thiết bị được nối;

· mức phát xạ của các thiết bị khác nằm trong hệ thống lắp đặt và nhiễu dẫn bởi mạng cung cấp điện;

· đặc tính của quá trình.

Nhà chế tạo cần cung cấp cho người sử dụng các thông tin tối thiểu dưới đây:

· mức phát xạ có thể có của thiết bị hoặc hệ thống liên quan trong điều kiện làm việc quy định;

· độ nhạy của mức phát xạ để thay đổi, ví dụ như trở kháng nguồn, điện áp làm việc, v.v...

b) Chọn quy tắc tính tổng đúng để tính sự có mặt của các nguồn nhiễu khác nhau trong khu công nghiệp.

c) Đánh giá mức phát xạ tổng có thể có của khu công nghiệp tại PCC, và đánh giá mức nhiễu tổng có thể có tại IPC.

Nếu phát xạ tổng của hệ thống, hoặc mức nhiễu có thể có vượt quá mức tương thích liên quan, có tính đến việc phát triển mạng lưới sau này, và khả năng tăng số lượng nguồn nhiễu trong khu công nghiệp thì cần xem xét các điều khoản dưới đây:

· thay đổi cấu hình mạng lưới;

· thay đổi đặc tính của thiết bị gây nhiễu;

· đặt các bộ lọc hoặc thiết bị bù;

· chịu được nhiễu sinh ra và tăng mức miễn nhiễm của thiết bị liên quan (điều khoản này không áp dụng cho PCC mà chỉ áp dụng cho IPC).

Quy trình này được lặp lại cho đến khi đáp ứng được tất cả các yêu cầu.

5. Định nghĩa

Tất cả các thuật ngữ đều theo IEV 60050(161), IEC 60146 và IEC 61000-3.

6. Khảo sát phát xạ dẫn của thiết bị công nghiệp

Bảng 1 thể hiện việc khảo sát về nguồn phát xạ dẫn tần số thấp và ảnh hưởng của chúng đến lưới điện.

Bảng 1 - Nguồn nhiễu dẫn tần số thấp

Phân loại	Ví dụ	Dạng nhiễu được tạo ra
Đặc tính phi tuyến	Thiết bị bão hòa từ, bóng đèn phóng điện trong chất khí	Hài
	Lò hồ quang, máy hàn hồ quang xoay chiều	Hài, hài trung gian, thay đổi điện áp, mất cân bằng
	Máy biến áp khi được đóng điện	Hài, sụt áp
Tải có đóng cắt bằng điện tử	Bộ chuyển đổi, bộ điều khiển xoay chiều	Hài, hài trung gian, thay đổi điện áp, mất cân bằng
	Cơ cấu điều khiển nhiều chu kỳ
Tải có đóng cắt	Tụ điện, bộ lọc và động cơ cảm ứng khi được đóng điện	Hài trung gian, sụt áp

7. Hài

7.1. Mô tả hiện tượng và nguồn nhiễu

Thành phần hài ở dòng điện đường dây chủ yếu phát ra theo các cách được mô tả trong các điều dưới đây; các đặc tính tải bổ sung được thể hiện trong Phụ lục A.

7.1.1. Đóng cắt dòng điện đường dây với tần số đường dây hoặc bội số của tần số đường dây bằng thiết bị đóng cắt điện tử, ví dụ như bộ chuyển đổi bán dẫn

Chức năng này có thể điều khiển được nếu là thyristor hoặc không điều khiển được nếu là điốt. Chức năng này trong hầu hết các trường hợp, đạt được bằng cách đóng cắt theo chu kỳ một dãy nối tiếp trở kháng và nguồn điện áp hoặc từ pha sang pha. Về nguyên tắc, ba đặc tính phát sinh hài trong bộ chuyển đổi có thể do:

a) Tải được đóng hoặc cắt theo chu kỳ, ví dụ, bộ đóng cắt điều khiển xoay chiều đóng điện cho tải của nó ở các góc pha rời rạc rồi cắt điện khi dòng điện giảm về 0. Hình 1a chỉ ra bố trí theo sơ đồ. Biên độ và góc pha của dòng điện hài tùy thuộc vào góc mà tại đó điện áp đường dây được nối với tải, phụ thuộc vào chênh lệch giữa điện áp đường dây và điện áp tải, và kết quả nối nối tiếp của tải với trở kháng đường dây.

Các ứng dụng điển hình là:

· gia nhiệt, hàn, nấu chảy;

· cung cấp điện áp một chiều lớn cho máy ngưng tụ tĩnh điện hoặc van truyền;

· cung cấp dòng điện một chiều lớn để mạ điện hoặc tẩy rửa kim loại;

· bộ bù công suất phản kháng tỉnh;

· bộ khởi động động cơ xoay chiều.

b) Dòng điện đưa vào được đóng cắt theo chu kỳ từ pha sang pha (điện cảm một chiều cao). Hình 1b thể hiện sơ đồ bố trí.

Thiết bị điển hình theo phân loại này là:

· bộ chuyển đổi cấp điện cho tải một chiều (như bộ truyền động bằng điện một chiều; bộ cấp nguồn một chiều cho xe kéo quá trình điện hóa và điện nhiệt; kích thích bằng điện một chiều cho cuộn dây máy điện hoặc nam châm; bộ chuyển đổi cho máy hàn một chiều);

· bộ chuyển đổi có tuyến một chiều (ví dụ, bộ truyền động xoay chiều có bộ chuyển đổi nguồn dòng (CSI) hoặc bộ chuyển đổi tầng dưới đồng bộ; nguồn một chiều dùng cho bộ chuyển đổi trung tần cấp điện để làm nóng đỏ kim loại hoặc lò cảm ứng);

· bộ chuyển đổi hai chiều, bộ chuyển đổi vòng tròn (ví dụ, bộ truyền động bằng điện xoay chiều, cung cấp tần số thấp để làm nóng chảy và tinh chế bằng điện nhiệt) như chỉ ra trong Hình A.7 của Phụ lục A.

c) Điện áp một chiều được đóng và cắt theo chu kỳ vào đường dây qua các trở kháng. Bộ chuyển đổi được nối với đường dây ba pha được đóng cắt ở phía một chiều ở các góc pha rời rạc từ pha sang pha có độ tự cảm một chiều thấp. Hình 1b chỉ ra mạch điện tương đương. Dòng điện hài sinh ra tương ứng với dòng điện hài của bộ điều khiển xoay chiều. ở đây, dòng điện giảm về 0 được bắt đầu tại thời điểm muộn nhất là lúc đóng chuyển mạch của pha tiếp theo hoặc xảy ra trước đó trong trường hợp dòng điện thấp hoặc độ tự cảm một chiều thấp, vì cực tính của điện áp đang giảm lúc đó.

Thiết bị điển hình trong loại này là:

· bộ chuyển đổi có đường điện áp một chiều (ví dụ bộ truyền động xoay chiều có bộ chuyển đổi nguồn áp (VSI); nguồn điện không gián đoạn (UPS); nguồn áp một chiều dùng cho bộ chuyển đổi cộng hưởng để gia nhiệt hoặc hàn kim loại);

· bộ chuyển đổi tự đổi chiều (bộ chuyển đổi dùng cho các bộ truyền động và bộ bù không yêu cầu công suất phản kháng hoặc bù).

7.1.2. Trở kháng không tuyến tính ví dụ như điện trở phụ thuộc dòng điện

(xem Hình 1c)

Thiết bị điển hình trong loại này là:

· lò hồ quang (hồ quang xoay chiều để làm nóng chảy kim loại và luyện kim);

· máy hàn xoay chiều (hàn hồ quang được cấp điện qua máy biến áp điện kháng cao);

· bóng đèn huỳnh quang, bóng đèn phóng điện qua chất khí trong phần lớn các ứng dụng dùng cho chiếu sáng.

7.1.3. Đóng điện cho cuộn cảm bão hòa (ví dụ, đóng điện cho động cơ cảm ứng hoặc máy biến áp)

Bão hòa từ có thể gây ra thành phần dòng điện quá độ. Đóng mạch cộng hưởng có điện cảm và điện dung dao động quá độ vào lưới điện (ví dụ, khi đóng điện cho bộ lọc hoặc tụ điện, các dao động quá độ được tạo ra giữa điện dung của bộ lọc và các điện cảm của bộ lọc với đường dây). Hình 1c chỉ ra mạch điện tương đương.

7.2. Dữ liệu phát xạ điển hình

Dải dữ liệu phát xạ điển hình được thể hiện trong Phụ lục A dùng cho hầu hết các phụ tải có phát sinh dòng điện hài đường dây. Chúng được đưa ra chỉ để hướng dẫn. Các dữ liệu tin cậy để đánh giá nhiễu cần có được từ nhà chế tạo dựa trên các tham số thiết kế thực tế và bằng thực nghiệm với thiết bị tương tự.

7.3. Ảnh hưởng của các điều kiện làm việc và lắp đặt đến phát xạ

Để có kết quả phát xạ của một số tải (ví dụ như bộ chuyển đổi), cần ước tính tổng giá trị và góc pha của dòng điện hài. Cách đấu nối bộ chuyển đổi và máy biến áp (nếu có), cũng như điều kiện tải đồng bộ và đồng nhất đối với bộ chuyển đổi, hoặc hoạt động ngẫu nhiên của chúng, phải được xem xét; vấn đề này được đề cập ở 6.4.

Nhiễu trong hệ thống cung cấp có thể được xác định bằng sự xuất hiện của các thành phần hài trong điện áp đường dây nhận được từ điện áp rơi do có dòng điện hài chạy qua trở kháng đường dây. Trở kháng đường dây này được xác định bằng cách nối song song và nối tiếp tất cả các trở kháng với lưới cao áp xếp chồng, và với tất cả các tải, thành phần bù và thành phần lọc, giả sử các giá trị này áp dụng cho tần số tương ứng (xem Hình 2a). Do đó, phải nhận biết và tính đến sự cộng hưởng có thể có. Các thông tin bổ sung được nêu trong Phụ lục B.

7.4. Tổng các hài

Khi một số thiết bị sinh ra dòng điện hài có trong cùng một khu công nghiệp thì dòng điện hài trong đường dây, và điện áp hài tại các điểm liên quan (IPC hoặc PCC) phụ thuộc vào hiệu ứng xếp chồng do chênh lệch về biên độ và góc pha của dòng điện phát ra từ các nguồn khác nhau.

Tính toán chính xác điện áp hài thu được (tổng véctơ) bị hạn chế ở một số trường hợp đặc biệt. Tính tổng đại số của các phần đóng góp từ từng nguồn hài có thể thể hiện trường hợp xấu nhất nhưng phương pháp này thường dẫn đến các giá trị cao không thực tế, đặc biệt là ở các bậc hài cao.

Ứớc lượng gần đúng là thích hợp cho hầu hết các trường hợp. Có một số phương pháp ước lượng gần đúng đối với các hài thu được, xem [4], [5] và [6] trong Phụ lục E về các tài liệu liên quan.

7.4.1. Điện áp hài tại điểm liên quan

Điện áp hài U_h của bậc h tại điểm liên quan (IPC hoặc PCC) là kết quả của công thức (xem Hình 2b):

U_h = U_ho + SU_hi                                                               (1)

trong đó

U_ho        là điện áp hài bậc h của lưới cung cấp không xét đến ảnh hưởng của các nguồn liên quan (nhiễu nền);

U_hi        là điện áp hài bậc h sinh ra do nguồn i đưa vào.

Giả thiết là tất cả các trở kháng truyền giữa điểm nối của các nguồn gây nhiễu và điểm liên quan là bằng nhau đối với tất cả các nguồn gây nhiễu (xem Hình 2b); Uh thu được từ:

U_h = U_ho + Z _h S I_hi                                                          (2)

trong đó

Z_h         là trở kháng hài tương đương nhìn từ điểm liên quan.

7.4.2. Tổng điện áp hài

7.4.2.1. Nguyên tắc ước tính

Vấn đề tính tổng xuất hiện khi nghiên cứu cách nối một phụ tải công nghiệp mới có tạo ra hài, vì mức phát xạ có thể là hậu quả của dạng thức này nên các hài sẽ cộng thêm vào các hài phát ra từ các tải đang có sẵn và tải sẽ có khác. Vì thiếu thông tin và tính biến thiên vốn có liên quan đến tất cả các tải riêng rẽ phát ra hài dẫn đến cho nên phải sử dụng phương pháp thống kê để ước tính vectơ hài thu được. ở phương pháp này, mỗi nguồn hài được thể hiện bằng vectơ biến thiên theo thời gian ngẫu nhiên. Cả độ lớn và góc pha của các vectơ này được mô hình bằng luật phân bố.

Để thu được qui tắc đơn giản cho các ứng dụng thực tế, chấp nhận hệ số đa dạng K:

                                                       (3)

K được xác định là tỉ số giữa tổng vectơ (thực tế hoặc có thể) và tổng đại số của phần đóng góp riêng rẽ của tất cả các nguồn hài. Phần đóng góp này là do phát xạ liên quan đến đặc tính thiết kế vận hành của thiết bị liên quan.

Với sự hỗ trợ của hệ số đa dạng K, nhiễu tổng U_h có thể được tính như sau:

|U_h| » |U_ho| + KS|U_hi|                                            (4)

Giá trị của hệ số đa dạng có ảnh hưởng lẫn nhau do:

- loại tải gây nhiễu, ví dụ trong trường hợp bộ chuyển đổi;

· bộ chuyển đổi có điều khiển hoặc không điều khiển;

· điện cảm hoặc điện dung dùng để san phẳng;

· loại tải (thuần trở, điện cảm, động cơ);

· số lượng bộ chuyển đổi làm việc đồng thời;

- kiểu hoạt động của các nguồn nhiễu khác nhau (các chu kỳ công suất phối hợp, hoặc độc lập với nhau);

- tính biến thiên của tải;

- bậc của hài cần xem xét.

7.4.2.2. Ứng dụng thực tế của việc ước tính 

Hai phương pháp tính hệ số đa dạng K được đề xuất, tùy thuộc vào hiểu biết về phân bố hài của tất cả các thiết bị trong mạng lưới công nghiệp, và độ chính xác yêu cầu của điện áp hài thu được tại điểm liên quan. Cụ thể, phương pháp 1 đề cập đến các nhóm thiết bị đặc biệt, trong khi phương pháp 2 đề cập đến toàn bộ việc xem xét thống kê.

Phương pháp 1

Phương pháp này đưa ra các hệ số đa dạng có thể áp dụng. Phương pháp này được coi là tốt để ước tính gần đúng sơ bộ hoặc để nhận biết được giá trị điện áp hài ở điểm liên quan, với khoảng dư an toàn đáng kể liên quan đến mức tương thích. Phương pháp này áp dụng cho các hài bậc thấp h £ 7.

Hệ số đa dạng K thu được từ công thức sau:

                                                    (5)

Trong một khu công nghiệp có thể có một số K_i khác nhau.

Dựa vào [13] của Phụ lục E, hệ số đa dạng K_i dùng cho các tải riêng rẽ và đối với các bậc hài khác nhau được cho trong Bảng 2.

Bảng 2 - Hệ số đa dạng K_i dùng cho các giá trị khác nhau x và các bậc của hài, x là tỷ số giữa tải của thiết bị cần xem xét và tải gây nhiễu tổng của khu công nghiệp

h	3	5	7	11	13	> 15
x < 0,05	0,6	0,5	0,3	0,2	0,2	0,1
x = 0,1	0,7	0,7	0,6	0,4	0,4	0,3
x = 0,2	0,9	0,8	0,7	0,6	0,6	0,5
x > 0,5	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0

CHÚ THÍCH: Nếu hệ thống lắp đặt nhiều khối được tạo thành từ một số bộ chuyển đổi chỉnh lưu không điều khiển thì K_i = 0,9.

Ngoài ra, nếu bộ chỉnh lưu không điều khiển có cùng chu kỳ tải thì K_i = 1,0.

Hệ số đa dạng trong bảng đã tính đến sự biến thiên tăng lên của góc pha Df theo các hài bậc cao hơn (xem các con số liên quan đến phương pháp 2).

Phương pháp 2

Phương pháp này dựa trên cơ sở phương pháp thống kê, thừa nhận mức tương thích đã được đáp ứng với xác suất 95 % hoặc cao hơn.

Hiểu biết nhất định liên quan đến sự biến thiên về độ lớn và góc pha của các phần đóng góp hài riêng rẽ đòi hỏi:

                                                   (6)

trong đó

S(U_hi (p)) là tổng vectơ thống kê có xác suất không quá 95 %.

Hệ số đa dạng K phụ thuộc vào sự biến thiên độ lớn và góc pha của các điện áp hài và số nguồn N thu được từ phương pháp [4] của Phụ lục E:

KS|U_hi| = b (S|U_hi|^a)^1/a                                                       (7)

Các giá trị liên quan điển hình đối với a và b được cho trong Bảng 3 dưới đây; chúng được áp dụng cho các giá trị có xác suất không vượt quá 95 %:

Bảng 3 - Giá trị a và b áp dụng đối với phân bố thống kê đồng nhất về biên độ và góc pha.

Biên độ lớn nhất đều bằng nhau

Dải phân bố góc pha	Dải phân bố độ lớn	N = 2		N > 2
∆f	∆U/Umax	b	a	b	a
0 - 360	0 - 1	1,0	2,0	1,0	2,0
	0,5 - 1	1,3	2,0	1,3	2,0
	1	1,0	1,0	1,7	2,0
0 - 270	0 - 1	0,9	1,6	0,9	1,6
	0,5 - 1	1,0	1,4	1,0	1,4
	1	1,0	1,0	1,3	1,4
0 - 180	0 - 1	0,8	1,3	0,8	1,3
	0,5 - 1	0,9	1,2	0,9	1,2
	1	1,0	1,0	1,2	1,2
0 - 90	0 - 1	0,9	1,2	0,9	1,2
	0,5 - 1	0,9	1,1	0,9	1,1
	1	1,0	1,0	1,0	1,0

CHÚ THÍCH: Công thức nêu trên chỉ có thể được sử dụng khi không có nguồn hài nào tạo ra lớn hơn 50 % tổng đại số của điện áp hài cần xét. Nếu không, xem phương pháp 1.

Thông thường áp dụng các yêu cầu dưới đây:

· hài bậc 3, 5 và 7 góc pha đến 90^o

· hài bậc 11 và 13 góc pha đến 270^o

· hài bậc cao hơn 13 góc pha đến 360^o

Đối với các vectơ có độ lớn tối đa khác nhau, có thể sử dụng các hệ số có độ chính xác thích hợp. Nếu kết quả vượt quá tổng đại số thì sử dụng tổng đại số thay thế. Trong các trường hợp đặc biệt, khi kết quả có thể thấp hơn các thành phần riêng rẽ lớn nhất thì áp dụng thành phần riêng rẽ lớn nhất đó.

Nếu trong một trạm, một số bộ chuyển đổi được nối qua máy biến áp dịch pha (nhóm Y/D) và một số bộ chuyển đổi khác nối qua máy biến áp không dịch pha (nhóm Y/Y hoặc D/D); các dòng điện hài bậc 5 và bậc 7 phát ra có xu hướng được bỏ qua, với điều kiện là các bộ chuyển đổi làm việc trong các điều kiện giống nhau.

8. Hài trung gian

8.1. Nguồn dòng điện và điện áp hài trung gian

Phần lớn điện áp và dòng điện hài trung gian ở hệ thống cung cấp điện được phát ra từ bộ chuyển đổi tần số tỉnh. Máy điện quay không có bộ chuyển đổi cũng phát ra điện áp hài trung gian nhưng liên quan đến bộ chuyển đổi sinh ra các hài trung gian, độ lớn của chúng là không đáng kể và được bỏ qua. Việc đưa các điện áp hài trung gian dự kiến vào lưới điện, ví dụ để điều khiển nhấp nhô, không được đề cập tại đây vì phát xạ đã biết hoàn toàn.

Cơ chế phát tần số hài trung gian tùy thuộc vào loại bộ chuyển đổi. Bảng 4 đưa ra tổng quan về các ứng dụng phổ biến của bộ chuyển đổi tần số tỉnh hoạt động như các nguồn hài trung gian.

Bảng 4 - Tổng quan về dòng điện hài trung gian phát ra từ bộ chuyển đổi

Bố trí bộ chuyển đổi		ứng dụng điển hình
Phía nguồn	Phía tải
Bộ chuyển đổi đảo mạch đường dây và có tuyến một chiều	Bộ nghịch lưu có đảo mạch đường dây	Bộ truyền động có tốc độ thay đổi, trao đổi công suất giữa các mạng lưới, tầng dưới đồng bộ
	Bộ nghịch lưu tự đảo mạch	Bộ truyền động có tốc độ thay đổi, UPS
	Bộ nghịch lưu cộng hưởng	Gia nhiệt cảm ứng
Bộ chuyển đổi tự đảo mạch và có tuyến một chiều		Bộ truyền động có tốc độ thay đổi
		Lưu giữ năng lượng
Bộ chuyển đổi trực tiếp (bộ biến đổi vòng tròn)		Chuyển đổi tần số dùng cho xe kéo và cho quá trình điện nhiệt, tầng siêu đồng bộ, truyền động có tốc độ thay đổi ở tốc độ quay thấp

Lò hồ quang xoay chiều cũng là nguồn hài trung gian. Ngoài ra, bất kỳ bộ chuyển đổi hoặc thiết bị không tuyến tính nào trong điều kiện làm việc không tỉnh tại đều có thể tạo ra dòng điện hài trung gian.

8.2. Dòng điện đường dây có hài trung gian của bộ chuyển đổi gián tiếp

Bộ chuyển đổi gián tiếp gồm có bộ chuyển đổi có đảo mạch đường dây ở phía nguồn cung cấp xoay chiều nối qua tuyến một chiều đến bộ chuyển đổi thứ hai, là bộ chuyển đổi động cơ, hoặc bộ chuyển đổi cộng hưởng hoặc bộ chuyển đổi tự đảo mạch.

Tần số dưới đây thể hiện theo dòng điện nhấp nhô của tuyến một chiều:

flh = n pL fL và flh = k pA fA

(8)

trong đó

f_lh         là tần số của thành phần hài trong dòng điện của tuyến trung gian (Hz)

p_L         là số lượng xung của bộ chuyển đổi ở phía nguồn xoay chiều

f_L          là tần số đường dây (Hz)

n, k       là số nguyên 0, 1, 2, 3...

p_A         là số lượng xung của bộ chuyển đổi phía tải

f_A          là tần số phía tải (Hz); khi tải là động cơ thì tần số này liên quan đến tốc độ thực của

động cơ.

Ở trạng thái ổn định, tần số dòng điện đường dây là:

f_hh = f_L (1 ± n p_L) ± kp_A f_A                                                (9)

trong đó

f_hh         là thành phần tần số dòng điện đường dây (Hz)

Khi k = 0 (ứng với thành phần một chiều trong dòng điện của tuyến một chiều), công thức này cho đặc tính hài theo dòng điện đường dây. Với k khác 0, công thức này cho các tần số hài trung gian.

Tần số hài trung gian có biên độ lớn nhất là:

f_mh = (f_L ± p_A f_A)                                                                         (10)

Hình 3a và 3b nêu tổng quan về các thành phần tần số. Số nằm dưới đường tần số là hệ số G, là tỷ số giữa dòng điện đường dây và dòng điện tuyến tương ứng với từng thành phần hài riêng rẽ.

Phụ lục C đưa ra công thức cần áp dụng vào ước tính gần đúng sơ bộ đối với dòng điện hài trung gian và cũng là ví dụ về ứng dụng của Hình 3b.

Nhà chế tạo có thể cung cấp các thông tin cụ thể hơn.

8.3. Dòng điện hài trung gian phát ra từ bộ chuyển đổi trực tiếp

Bộ chuyển đổi trực tiếp là bộ thay đổi tần số không có tuyến trung gian và không có cơ cấu lưu giữ năng lượng. Bộ chuyển đổi này chuyển đổi tần số đường dây thành dải tần từ 0 (một chiều) đến khoảng 40 % tần số đường dây.

Bộ chuyển đổi ba pha sang ba pha, gọi là bộ chuyển đổi vòng tròn, điều khiển cả tần số và biên độ điện áp. ứng dụng chính của bộ chuyển đổi này là điều khiển tốc độ của máy điện quay ba pha cỡ lớn nhờ điều khiển tổng năng lượng truyền hoặc bằng cách điều khiển truyền năng lượng kiểu trượt của hệ truyền động. Trong trường hợp thứ hai, bộ chuyển đổi được nối với động cơ cảm ứng qua các vòng trượt, bộ điều khiển tốc độ bị giới hạn đến phạm vi sát với tốc độ đồng bộ (tầng của bộ chuyển đổi vòng tròn).

Sự chuyển đổi trực tiếp từ ba pha sang một pha được sử dụng trong các ứng dụng điển hình như các tuyến giữa hệ thống cung cấp điện công cộng và hệ thống cung cấp cho phương tiện đường sắt một pha, hoặc hệ thống cung cấp điện xoay chiều cho một số qui trình luyện kim cần tần số rất thấp. Phổ của dòng điện cung cấp bị chi phối bởi đặc tính của các hài:

f_ch = (1 ± np_L) fL                                                             (11)

Ngoài ra, tồn tại các tần số biên.

Các tần số này được cho bởi:

f_hh = f_ch ± 2k f_A   trong trường hợp phụ tải một pha (xem Hình 4);

f_hh = f_ch ± 6k f_A   trong trường hợp phụ tải ba pha (bộ chuyển đổi vòng tròn, xem Hình 4);

f_ch                     các tần số đặc trưng theo số lượng xung của bộ chuyển đổi nguồn cung cấp;

f_A                      tần số đầu ra của bộ chuyển đổi vòng tròn.

Hình 4, 5 và 6 chỉ ra ảnh hưởng của các tham số phụ tải khác nhau, như:

- tần số phụ tải thấp và cao;

- bố trí 6 xung và 12 xung.

Biên độ của dòng điện hài phụ thuộc nhiều vào:

- dòng điện phụ tải;

- hệ số công suất phụ tải;

- điện áp động cơ (tùy thuộc vào tốc độ thực);

- kiểu điều khiển của bộ chuyển đổi, ví dụ, điều khiển hình sin, điều khiển hình thang, v.v...

8.4. Tầng dưới đồng bộ

Kiểu điều khiển kiểu trượt này, nhờ bộ chuyển đổi gián tiếp đơn giản, được sử dụng để điều chỉnh tốc độ của động cơ cảm ứng trong dải công suất trung bình, và trong dải tốc độ xấp xỉ từ 60 % đến gần tốc độ hoàn toàn đồng bộ. Cuộn dây rôto truyền năng lượng (qua một bộ chỉnh lưu, tuyến một chiều và bộ nghịch lưu) trở về nguồn cung cấp xoay chiều. Dòng điện hài do bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu phát ra chạy vào mạng lưới cung cấp. Ngoài ra, dòng điện hài phát ra từ các bộ chỉnh lưu ở phía rôto và được chuyển đổi tần số do cuộn dây quay.

Hình 7 thể hiện các tần số phát ra trong dòng điện đường dây là hàm của tốc độ. Các công thức dưới đây gồm có:

f_hh = (1 ± k s p_r) f_L                                  phần đóng góp của stato

và

f_hh = (1 ± n p_L ± s p_r) f_L                           phần đóng góp của rôto

                                                       (12)

trong đó

p_L         là số lượng xung của bộ chuyển đổi được nối tại nguồn cung cấp xoay chiều;

p_r         là số lượng xung của bộ chỉnh lưu phía rôto p_r = 6;

u_s         là tốc độ đồng bộ;

u_A         là tốc độ thực;

s          là hệ số trượt.

Hình 8 thể hiện một ví dụ về tầng siêu đồng bộ và tầng dưới đồng bộ, trong đó năng lượng trượt được điều khiển bởi bộ chuyển đổi vòng tròn.

8.5. Bộ chuyển đổi tự đảo mạch phía đường dây

Điện áp hoặc dòng điện hài trung gian có thể được tạo ra nếu tần số phách không phải là số nguyên lần của tần số đường dây.

8.6. Lò hồ quang

Lò hồ quang xoay chiều phát ra tần số hài và tần số hài trung gian. Trong khi bộ chuyển đổi phát ra phổ tần số rời rạc thì lò hồ quang phát ra phổ liên tục. Trong trường hợp đó, mật độ phổ hài cần được quan tâm.

Hình 9 đưa ra một ví dụ về lò hồ quang.

8.7. Tính tổng các thành phần tần số hài trung gian

Chỉ trong các trường hợp ngoại lệ, và trong thời gian ngắn thì các thành phần hài trung gian có cùng tần số; do đó, việc tính tổng các hài trung gian chỉ có thể thực hiện trong các trường hợp ngoại lệ này.

9. Mất cân bằng ba pha

9.1. Mô tả nguồn nhiễu

9.1.1. Yêu cầu chung

Điện áp ba pha không cân bằng xuất hiện khi phụ tải không cân bằng được nối vào hệ thống điện. Phụ tải không cân bằng có dòng điện khác nhau về độ lớn hoặc pha ở cả ba pha.

Tải, ví dụ như động cơ xoay chiều ba pha, máy phát và bộ chuyển đổi, về nguyên tắc, không góp phần vào sự mất cân bằng trong quá trình hoạt động bình thường. Tuy nhiên, có thể xảy ra mất cân bằng nhỏ, do thiết kế không hoàn hảo nhưng điều này thường được bỏ qua và không thể tính bằng quy tắc chung.

Điện áp không cân bằng cũng có thể do dòng điện đối xứng trong hệ thống điện có trở kháng đường dây không cân bằng, nhưng điều này nằm ngoài phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn này.

Trong trường hợp chung, có thể xuất hiện hài không cân bằng nhưng điều này không được xử lý ở đây. Phần này chỉ đề cập đến sự mất cân bằng điện áp cơ bản và dòng điện.

9.1.2. Ví dụ về tải không cân bằng

Tất cả các phụ tải một pha, hoặc nối pha-trung tính hoặc pha-pha, đều gây mất cân bằng. Các ví dụ điển hình là:

- thiết bị gia nhiệt;

- hệ thống chiếu sáng;

- bộ chuyển đổi và bộ chỉnh lưu một pha;

- bộ điều khiển xoay chiều;

- thiết bị dùng cho xe kéo dùng điện xoay chiều;

- máy hàn.

Để giảm sự mất cân bằng tổng, các tải này cần được phân phối càng đồng đều càng tốt trên ba pha. Lò hồ quang, ngay cả nếu chúng là thiết bị ba pha, cũng đại diện cho thiết bị gây mất cân bằng lớn.

9.2. Đặc tính phát xạ

9.2.1. Thành phần đối xứng

Hệ thống không cân bằng, có sử dụng các thành phần đối xứng, có thể được chia làm ba thành phần: thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không.

CHÚ THÍCH: Thành phần thứ tự không nằm ngoài phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn này. Chúng không ảnh hưởng đến các tải được nối giữa các pha.

Thành phần thứ tự không có thể có trong điện áp pha-đất của bất kỳ hệ thống nào. Chúng có thể tồn tại trong dòng điện đường dây ngay cả khi hệ thống không có sẵn điểm trung tính; dòng điện có thể chạy xuống đất qua điện dung pha-đất.

9.2.2 Đánh giá dòng điện thứ tự nghịch

Việc tính thành phần dòng điện thứ tự nghịch là như nhau đối với các tải một pha kể trên, riêng rẽ hoặc phối hợp. Với điện áp không tải của pha A, là hướng chuẩn cho tất cả các góc pha, công thức sau đây có thể sử dụng để xác định dòng điện thứ tự nghịch thu được, nếu độ lớn và độ lệch pha của dòng điện riêng rẽ trong ba pha, A, B và C, đã biết.

a) Tải ba pha nối pha-trung tính

                           (13)

b) Tải ba pha nối pha-pha

                            (14)

Trong trường hợp tải một pha nối giữa hai pha:

                                                     (15)

Để có thêm chi tiết, xem Phụ lục D.

(Mời xem tiếp trong file tải về)