六種鮮為人知的現象可能會導致電氣安裝故障

摘要:除了已知的雷電和開關現象外,許多新的電源,特別是電源轉換器,也會在設備中造成干擾。...

詳細的干擾分析

除了已知的雷電和開關現象外,許多新的電源,特別是電源轉換器,也會在設備中造成干擾。這種干擾是由設備本身產生的,還是由系統從外部源或導電部分,接地電路和共享元件所攜帶的,取決于設備的特性(阻抗,短路功率,諧振等)。 。
所有這些EMC現象的復雜性使它們難以預測甚至難以模擬。
電磁兼容性(EMC)的各個方面都非常重要,包括防雷擊,針對等勢性的建筑物安裝原理,導體之間的屏蔽和耦合,考慮諧波以及中性點選擇的影響EMC上的接地系統。
注:本文僅涵蓋通過電源系統傳導的主要現象,而不論這些現象是現象的根源還是受其影響:過電壓和快速電壓瞬變的影響以及接收器產生的現象。
主要在工業或商業環境中遇到的過電壓和快速電壓瞬變(電容器切換,轉換器引起的過電壓,再勵,保險絲故障等)的影響。
接收器產生的現象(直流分量,泄漏電流,系統放電等),都可能影響所用能量的質量,無論其來自公共配電系統還是任何其他來源。
目錄:
1.  操作開關:過電壓和過電流
1.1安裝電涌保護器
1.2典型開關過電壓曲線
1.3電氣共振
  1.3.1串聯RLC電路的諧振
  1.3.2并聯RLC電路的諧振
2.  靜態轉換器引起的干擾
3.  電容器的開關過電壓
4.  直流分量
5.  永久泄漏電流
6.  電流反轉

1.操作性開關:過電壓和過電流

盡管在標準EN 50160中提到了這些類型的干擾,其中在設計開關設備時要根據要承受的沖擊耐受電壓(U imp)處理過電壓,以防止其可能的破壞性影響,但它們也是潛在故障的源頭。
它們非常寬的頻譜,它們的隨機出現以及它們的多種形式使它們難以消除。實際上,實際上工業系統上的所有操作,特別是大功率操作,都會產生過電壓。
注:它們是由電流的突然產生或中斷引起的。線路和變壓器的行為就像自感應設備。以瞬態形式產生的能量取決于所切換電路的特性。上升時間在幾微秒的范圍內,其值可以達到幾kV。
盡管合閘操作會伴隨著高過電流和通常受限的過電壓,但合閘操作會觸發過電壓,而過電壓可能會非常高。它們可能伴有可能引起干擾的高頻電場。
共振現象在這里起主要作用。斷開電觸點中的電流會在電源和負載的諧振頻率處產生阻尼振蕩。源的諧振頻率通常高于負載的諧振頻率。
由負載和電源引起的瞬態疊加,導致電觸點端子處的電壓高。如果它們超過觸點的耐壓,則會產生電弧。然后在端子處觀察到電壓崩潰,同時電流繼續循環(這稱為非限制性自熄電流)。當觸點上的電應力和熱應力不足以維持電弧時,電弧結束。
開關階段的電壓瞬變以10 kHz至10 MHz的頻率振蕩。這些瞬變的峰值電壓范圍從幾百伏到幾千伏。
為了限制操作過程中的過電壓和過電流,必須選擇動作迅速且獨立于操縱速度的斷路裝置。它們必須適合負載。
標準IEC 60947-3(開關,隔離開關,隔離開關和熔斷器組合單元)規定了典型應用的各種使用類別。
表一 –符合IEC 60947-3的開關,隔離開關和熔斷器組合單元的使用類別
電流類型                                                                          使用類別                                                                                                      典型應用
                                                                              A類                         B類     
交流電                                                                 AC-20Aa              AC-20Ba                                                                  空載條件下的連接和斷開
                                                                             AC-21Aa              AC-21Ba                                                                  電阻負載,包括中等過載
                                                                             AC-22Aa              AC-22Ba                                                                  電阻和電感負載混合,包括中等過載
                                                                             AC-23Aa              AC-23Ba                                                                  電機負載或其他高電感負載

直流電                                                                 DC-20Aa             DC-20Ba                                                                 空載條件下的連接和斷開
                                                                             DC-21Aa             DC-21Ba                                                                 電阻負載,包括中等過載
                                                                             DC-22Aa             DC-22Ba                                                                 電阻性和電感性混合負載,包括中等過載(例如:并聯電動機)
                                                                             DC-23Aa             DC-23Ba                                                                 高感性負載(例如:串聯電動機)
A類適用于頻繁使用的設備,而B類適用于偶爾使用的設備。

1.1安裝電涌保護器

安裝電壓浪涌保護器旨在防止雷電引起的過電壓,從而可以防止開關過電壓的破壞性影響,這種破壞性過電壓比雷電更為頻繁,但通常水平要低于雷電。
但是,這些設備的火花操作原理會在連接和接地系統中產生脈沖電流,這些電流是敏感系統的參考。
因此,建議安裝它們以提供極佳保護,但絕不能免除所有其他設計以MIN化這些過電壓的措施。

1.2典型開關過電壓曲線

接通或關斷負載時可能會發生瞬態,這可能是過電壓和過電流的來源。較常見的瞬變涉及變壓器,電動機,電容器和電池。
激活變壓器會產生10到20 In的涌入電流,并帶有非周期性阻尼分量。這會通過電容耦合在次級中觸發過壓,并由于匝之間的電容和電感而產生振蕩效應。
由于感應電路中電流的中斷,變壓器的中斷(或斷開)會產生瞬態過電壓。這種過電壓會在分斷裝置中產生電弧殘余,必須相應選擇。

1.3電氣共振

在設備中經常會出現電諧振現象??赡軐е缕茐男缘倪^電壓和過電流。
三種類型的接收器組成交流電路:電阻器(以歐姆為單位),電容器(以法拉為單位)和電感器(以亨利為單位)。區分串聯諧振現象和并聯諧振現象很重要。

1.3.1串聯RLC電路的諧振

:如果電容端子上的電壓和電容端子上的電壓相同,則會發生電諧振現象(也稱為反諧振,因為電壓處于反相狀態)。電感的端子相互精確補償。
當發生諧振時,電路的阻抗實際上與其電阻相同。如果電阻低(配電線等低電阻電路),情況將變得十分嚴峻。
然后,在電路端子上施加的電壓會產生很高的電流。該電壓可能會超過它們的承受能力并引起介電擊穿。
串聯RLC電路的屬性用于創建濾波器。

1.3.2并聯RLC電路的諧振

在并行RLC電路上也會發生相同的現象。但在這種情況下,它是不是這是通用于所有三個要素的電流,但電壓諧振的影響取決于是串聯還是并聯,并且取決于信號源的行為像電壓源還是電流源。
理想電壓源在其端子上保持恒定電壓,而與汲取的電流無關。對于中小型消費者,配電電源網絡的行為就像一個電壓源。高電容的行為就像電壓源,可降低負載(高電阻)。
注:另一方面,電流源汲取恒定電流,而不管其端子上的電壓如何。例如,電感(稱為平滑電感)的行為類似于電流源。
在實踐中,工業系統很復雜,包括代表電感和電容的并聯和串聯元件(這些是接收器,還包括導體,變壓器繞組,雜散電容,泄漏電阻等)。
因此,總是有可能發生諧振,并且增加補償電容器可以改變或觸發其發生的條件。

2.靜電轉換器引起的干擾

電力電子技術已逐漸確立為控制電能的首選方法。最初幾乎僅用于變速或轉矩控制應用,現在已擴展到隨處可見的低功率開關模式電源領域,并且將來它將在智能電氣的控制和穩定性方面起決定性作用。能源生產既混合又分散的系統。(智能電網)。
與以上段落中描述的操作開關不同,操作開關或多或少地具有隨機和非重復發生的特點,并且主要由負載和安裝引起的特性是由靜態轉換器引起的。
注:靜態轉換器的操作本質上是污染的,實際上,每個轉換級都會在取決于其開關頻率的頻率范圍內造成干擾:輸入整流器的頻率高達幾十kHz,HF開關級的頻率高達幾兆赫,以及與開關轉換相關的現象(諧振,正常模式 激發)高達幾十兆赫茲。
轉換器的EMC處理將包括限制其頻譜范圍或試圖限制轉換器中所有不希望的寄生效應。
通常使用晶閘管橋對三相正弦電壓進行整流。通過晶閘管的交替操作在三相上汲取負載電流。這些由在前一個時間階段處于控制狀態的晶閘管連續“觸發”,向它們的柵極發送脈沖。
結果是周期很短(幾百微秒),其中各相之間會發生短路。
這些短路的值僅受上游系統的阻抗限制。浪涌電流的影響是電壓降和電壓升高,這被稱為“ 換向缺口 ”。
這些值的差異(dV / dt)而不是幅度,重要的是可能達到數百V / s,這會引起電磁干擾。產生的高頻可能會在系統中遇到共振,特別是在存在電容(電纜,電容器)的情況下,并且在這種情況下會導致系統上出現實際過電壓。

3.電容器的開關過電壓

放置在MV系統上的電容器的激活可能會導致瞬態過電壓,而瞬態過電壓會具有足夠的能量,以破壞低壓設備的電源端甚至是靜態轉換器或無功組件的電涌保護器。能量補償電容器。
注:如果在激活中壓電容器時,上游電路的諧振頻率與LV電路的諧振頻率相對應,則這種現象可能特別危險。
這種現象的特征基本上與MV / LV變壓器的電感L,電容器的電容和低壓網絡的電阻有關。如果電阻低(電阻接收器不多),則瞬態過電壓的阻尼將降低,從而增加了在相同頻率下MV和LV電路發生諧振的風險。
如果MV中使用的無功功率遠高于低壓中使用的無功功率,則與MV電容器開關相關的干擾的放大尤其敏感。通過使用逐漸激活(逐步)的電容器組或在零電壓下激活,可以限制這種風險。
高能量吸收電壓電涌保護器可用于限制MV系統的瞬態過電壓,就像帶低壓電容器組的調諧濾波器可以改變設備的諧振頻率一樣。
中壓系統的過電壓不會消除,但至少不會被放大。

4.直流分量

許多機器以及許多高消耗家用電器(洗衣機,爐架等)的電子供應階段都有一個整流裝置。如果此設備的下游出現絕緣故障,則漏電電流可能包含直流分量(更確切地說是單向脈沖分量),會改變消耗的交流電流的形狀。
注:因此,該形狀是不對稱的,這可能導致剩余電流設備(RCD)由于鐵芯中磁通量的變化而無法工作。當前的兩個半波并不相同,因為相反的磁場(矯頑)不再每半個周期用相反的符號抵消先前的磁通。
然后,環形磁芯可能會保持磁化(磁滯現象),并使剩余電流設備不起作用。

5.永久泄漏電流

與故障電流在帶電極和保護電路之間意外流過或接地不同,在設備正常運行時會存在泄漏電流。
有三種不同類型的泄漏電流:

漏電流1

由接收器引起的電流,接收器的電源通過電容性電子組件(PC,變速驅動器等)接地(通過鍵合部件和保護電路)。
通電時,這些電流會因與電容器負載相關的浪涌電流現象而增加。下表列出了一些典型的潛在泄漏電流值。

漏電流2

與來自設備導體的雜散電容相關的電流與設備的規模和所提供的接收器的數量成比例。
除了可以在安裝長度達到數百米時使30mA剩余電流設備跳閘之外,沒有其他計算這些電流的確切規則。還應注意,這些電流可能會隨著時間的流逝而增加,具體取決于絕緣層的老化程度。
通過連續測量或定期測量來監視設備的絕緣,可以預期到任何變化。

漏電流3

漏電流由于其性質而經常在某些類型的設備上產生,但是沒有達到與故障電流相當的危險水平(電阻爐,烹飪或蒸汽設備,帶有大量輔助設備或傳感器的設備等)。
使用中性點接地系統會將接觸電壓限制在一個無危險的值,同時允許存在大量泄漏電流。
注:但是應注意,盡管這種情況提供了更好的操作連續性,但必須將其限制在發現和處理泄漏所花費的時間上,以避免產生火災風險并避免由于永久電流的循環而增加干擾在保護電路中。
電氣設備的設計必須考慮到這些泄漏電流,為人身和財產安全提供保護裝置的安裝。
將這些電流加到保護電路中時,它們可以達到相關電路組的供電端的剩余電流保護的跳閘閾值,請記住,該值通常遠低于理論閾值:例如15至實際為20 mA,標稱值為30 mA。
表二-典型泄漏電流值
電器類                                                       典型的漏電電流
電腦工作站                                                    1至3 mA
地板采暖                                                      1毫安/千瓦
打印機                                                             <1mA
炊具                                                           1.5毫安/千瓦

6.電流反轉

直接連接到公共能源分配系統的任何安裝,也可以通過其他來源提供的安裝,通常應裝有防止分配系統回饋的裝置。
越來越多的設備正在基于可再生能源(太陽能或風能發電,小型發電廠或其他能源)進行自發電,并已連接至供電網絡以將能量反饋至供電網絡。
當然,這種安排必須構成協議的主題以及許多預防措施。
如果發生以下情況,則去耦保護必須斷開發電機的連接:
•       供應網絡故障
•       通過供電網絡供電消失
•       電壓或頻率變化大于配電公司規定的變化
這種去耦保護必須結合在符合公認的歐洲標準的自動斷開裝置中。

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