| 标准编号 | GB/Z 17624.4-2019 (GB/Z17624.4-2019) | | 中文名称 | 电磁兼容 综述 2kHz内限制设备工频谐波电流传导发射的历史依据 | | 英文名称 | Electromagnetic compatibility - General - Historical rationale for the limitation of power-frequency conducted harmonic current emissions from equipment, in the frequency range up to 2 kHz | | 行业 | 国家标准 | | 中标分类 | L06 | | 国际标准分类 | 33.100.10 | | 字数估计 | 34,323 | | 发布日期 | 2019-06-04 | | 实施日期 | 2019-06-04 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/Z 17624.4-2019
Electromagnetic compatibility -- General -- Historical rationale for the limitation of power-frequency conducted harmonic current emissions from equipment, in the frequency range up to 2 kHz
ICS 33.100.10
L06
中华人民共和国国家标准化指导性技术文件
电磁兼容 综述 2kHz内限制设备
工频谐波电流传导发射的历史依据
2019-06-04发布
2019-06-04实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
中国国家标准化管理委员会 发 布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 2
4 概述 2
5 标准中与监管法规相关的可接受条款 3
6 IEC 61000-3-2及其前身的历史 3
7 IEC 61000-3-12及其前身的历史 7
7.1 1989~1998年 7
7.2 1998年以后 7
8 制定IEC 61000-3-2限值时考虑的经济因素(1995年版本及2000年修改单文本完成以前) 7
附录A(资料性附录) 兼容水平和补偿因子 9
附录B(资料性附录) A类限值与含相控调光器的白炽灯在90°触发角谐波频谱的比较 12
附录C(资料性附录) C类限值(GB 17625.1中表2)与含感性镇流单元放电灯
谐波频谱的比较 13
附录D(资料性附录) D类限值与导通角为35°和65°的单相电容滤波镇流器谐波频谱的比较 14
附录E(资料性附录) IEC 61000-3-2千禧年修正案完成以前制定限值时考虑的经济因素 15
附录F(资料性附录) IEC 61000-3-2修订的概要计划 16
附录G(资料性附录) 推导IEC 61000-3-12限值 18
附录H (资料性附录) 使用总谐波畸变和部分加权谐波畸变概念的原因解释 28
参考文献 30
图 A.1 典型系统中变压器阻抗上谐波电压降的分配 9
图B.1 A类限值与调光器谐波频谱的比较 12
图C.1 C类限值与放电灯谐波频谱的比较 13
图D.1 D类限值与单相230W电容滤波镇流器谐波频谱的比较 14
图E.1 符合兼容水平的总成本折中概念示意图 15
图 H.1 低压系统的示意图和等效电路图 28
图 H.2 作为短路比Rsce函数的相对总畸变加权值“tdw” 29
表 A.1 补偿因子 10
表 A.2 kp,h的子因子 10
表 G.1 依赖于接入干扰负载的连接点x的相对总畸变加权值 21
表 G.2 IEC 61000-3-12中的限值(列2和列4)与由式(G.8)得到的近似值
(列3和列5)的比较 22
表 G.3 兼容水平 24
表 G.4 一台单相设备的最大谐波电流和谐波电压(引自IEC 61000-3-12表2) 24
表 G.5 一台平衡三相设备的最大谐波电流和谐波电压(引自IEC 61000-3-12表3) 25
表 G.6 一台平衡三相设备的最大谐波电流和谐波电压(引自IEC 61000-3-12表4) 25
表 G.7 n台单相设备的最大谐波电流和谐波电压(引自IEC 61000-3-12表2) 25
表 G.8 n台平衡三相设备的最大谐波电流和谐波电压(引自IEC 61000-3-12表3) 26
表 G.9 n台平衡三相设备的最大谐波电流和谐波电压(引自IEC 61000-3-12表4) 26
表 G.10 n台单相设备的最大谐波电流和谐波电压(引自IEC 61000-3-12表2) 26
表 G.11 n台平衡三相设备的最大谐波电流和谐波电压(引自IEC 61000-3-12表3) 27
表 G.12 n台平衡三相设备的最大谐波电流和谐波电压(引自IEC 61000-3-12表4) 27
电磁兼容 综述 2kHz内限制设备
工频谐波电流传导发射的历史依据
1 范围
《电磁兼容 综述》的本部分为指导性技术文件,回顾了电网上在2kHz内工频谐波电流传导发射
的来源及其影响,说明了IEC 61000-3-2:2000+AMD1:2001以及IEC 61000-3-12:2004中设备现有发
射限值的推导过程。
本部分中的概念适用于所有低压交流供电系统,但数据仅适用于欧洲230V/400V、50Hz供电系统。
注1:将来完成的IEC 61000-3-2和/或IEC 61000-3-12修改版本的限值阐述,将包含在本部分的新版本中。
注2:本部分的数据供220V/380V、50Hz供电系统参考使用。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
IEC 61000-2-2:20021) 电磁兼容(EMC) 第2-2部分:环境 公用低压供电系统低频传导骚扰及
信号传输的兼容水平
IEC 61000-3-2:20002) 电磁兼容(EMC) 第3-2部分:限值 谐波电流发射限值(设备每相输入电流≤16A)
IEC 61000-3-3:1994 电磁兼容(EMC) 第3-3部分:限值 对每相额定电流≤16A且无条件接
入的设备在公用低压供电系统中产生的电压变化、电压波动和闪烁的限制
1) 本文件还参考了第一版IEC 61000-2-2(1990)《电磁兼容(EMC) 第2部分:环境 第2分部分:公用低压供电
系统低频传导骚扰及信号传输兼容水平》,之后被第二版所取代。
2) 本文件还参考了第一版IEC 61000-3-2(1995)《电磁兼容(EMC) 第3部分:限值 第2分部分:谐波电流发射
限值(设备每相输入电流16A)》和修改单1(1995),之后被第二版及其修改单2取代。
3) 存在一个合并版本2.2,包含了IEC 61000-3-2:2000及其修改单1(2001)和修改单2(2004)。
4) 存在一个合并版本1.1,包含了IEC 61000-3-3:1994及其修改单1(2001)《电磁兼容 第3-3部分:限值 对每
相额定电流≤16A且无条件接入的设备在公用低压供电系统中产生的电压变化、电压波动和闪烁的限制》。
IEC 61000-3-4 电磁兼容(EMC) 第3-4部分:限值 对额定电流大于16A的设备在低压供电
系统中产生的谐波电流发射限制
IEC 61000-3-6 电磁兼容(EMC) 第3-6部分:限值 中压及高压供电系统中畸变负载发射限值
IEC 61000-3-11 电磁兼容(EMC) 第3-11部分:限值 公用低压供电系统中电压波动和闪烁的
限值(额定电流≤75A且适用有条件连接的设备)
IEC 61000-3-12 电磁兼容(EMC) 第3-12部分:限值 对每相输入电流 >16A且≤75A的设
备在低压供电系统中产生的谐波电流的限值
IEC 61000-4-13 电磁兼容(EMC) 第4-13部分:试验和测量技术 交流电源端口谐波、谐间波
及电网信号的低频抗扰度试验
3 术语和定义
IEC 61000系列其他出版物界定的术语和定义适用于本文件。
4 概述
电力供应行业意在用正弦电压来提供电力。用户设备设计成能在此供电环境下正常运行。然而,
因供电系统的内部阻抗不为零,某客户使用的非线性负载接入电网,产生电压波形畸变,可负面影响其
他客户以及供电系统本身的设备。没有一种负载或者供电系统设备能完全避免电压波形畸变,尽管他
们抗扰度水平(按照惯例设计,并未刻意提高其抗扰度水平)差别很大。基于大量的电压畸变对设备发
生故障或损坏的经验,确定了低压公共电网对电压畸变的兼容水平,并在IEC 61000-2-2中给出。这些
兼容水平与其他数值间的对应关系,详见图1。图1取自IEC 61000-2-2的附录A。兼容水平是在谐波
抗扰度和降低发射之间设置的一个可接受的折中值。在IEC 61000-4-13中给出了设备的电压畸变抗
扰度检验方法。
注:IEC 61000-2-2第一版中的兼容水平适用于本部分。
对连接到低压公共电网的设备应用谐波电流发射限值,是为了在系统层面上使电压畸变水平在绝
大部分时间内低于兼容水平,以及在比较大部分时间内低于规划水平,见图1。
注1:进入中压和高压系统的发射水平可由其他方法和流程控制,参照IEC 61000-3-6。
注2:在某些国家,电力供应行业依照IEC 61000-3-2来控制便携式设备的发射值,无论公共耦合点是在低压、中压
还是高压。
设备的发射值用电流来表示,这是因为电流基本上(并非全部)独立于供电系统的阻抗。而设备产
生的电压畸变几乎与供电系统阻抗成比例关系,因此没有一个固定值。设备从供电系统中吸收的非线
性电流可视作正弦电流,而注入供电系统中的谐波电流与实际吸收的电流极性相反。
注:图中阴影部分的说明文字,参见IEC 61000-2-2:2002。
图1 考虑骚扰和抗扰度兼容水平的示意图
5 标准中与监管法规相关的可接受条款
设备制造业可接受非强制性标准中的要求,是否应用这些要求由客户确定,或由各合同对其调整。
当该标准被技术法规引用时,就不允许上述的做法。例如,一个标准的规定如被完全应用,将需要多次
测试。签约双方可能会完全或者部分取消这些条款(如采用计算或者仿真),然而,在强制实施时,不允
许与要求偏离。
EN50006中7.1以及IEC (60)555-25)中5.3.1要求试验人员使用受试设备的控制器来寻找最恶劣
的情况进行试验,对IEC (60)555-2,还需要对各次谐波依次进行上述测试。这样一次测试可能需要很
多天,但却不能保证另一个测试人员不能找到另一个最恶劣情况下的谐波,哪怕是单次谐波。该要求在
IEC 61000-3-2:1995的C.1中也存在,直到IEC 61000-3-2:2000修改单1出来以后才取消。
5) IEC (60)555-2在1995年被取消并被IEC 61000-3-2替换。
注:EN表示欧洲标准。
标准不应包括监管方面的要求,只需关注本标准范围内的产品是否满足标准要求所需的程序。
6 IEC 61000-3-2及其前身的历史
6.1 1960年以前
大多数的非线性负载是含半波整流器的电视机。电视机因为大多数含有极性可逆的电源连接器,
基本消除了直流分量。而其安装数量不足以因谐波电流发射而产生重大系统问题。但是有证据表明,
在某些国家存在连接极性的随机失衡导致的直流分量,造成了对地下电缆的腐蚀问题。
6.2 1960~1975年
相控的家用灯光调光器开始在市场上销售,这些产品的使用产生了高频传导发射,引起了无线频谱
保护部门的注意,并采取包括强制措施在内的措施来对其进行限制,并注意到调光器会产生谐波电流,
且没有可行的办法来降低谐波与基波电流的比值。
一项在欧洲范围内开展的系统调查表明,近90%的住宅用户(大部分由架空低压分布线路供电)电
源阻抗值为(0.4+jh0.25)Ω。这里h表示的是谐波次数,j为虚数单位。该值包含在IEC 60725中。
并确定,如果不对调光器的发射进行控制,电压畸变就会超过可接受的水平(之后被称其为兼容水平)。
注:一般兼容水平和发射限值的大小没有直接的关系,关于此方面进一步的信息可参见附录A。
解决这个问题的第一个标准(该标准自身的测试并没有基于任何一个早期标准)是EN50006:
1975,作为多个国家标准包括BS5406:1976实施。这个EN标准率先考虑一些技术因素,包括电压波
动,还包括现在IEC 61000-3-3和IEC 61000-3-11的主要内容。对谐波电流发射的限制有:
---禁止超过200W 的加热负载使用相控;
---应用奇数谐波发射限值;
---针对对称和不对称控制技术应用偶次谐波发射限值。
这些限值表现为谐波电压百分比,由阻抗值为(0.4+jh0.25)Ω的供电系统产生。然而,实际试验
过程需要测量谐波电流,由此计算出电压畸变。标准中没有包含任何关于限值来源的解释,就是
IEC 61000-3-2中A类别设备的限值。毫无疑问,该数值事实上是由供应厂家和生产厂家的专家共同
商讨形成的,双方都没有将严格按数学规则确定数据的做法作为优先考虑。
但是,一项研究得出了一个近似算法,用该算法可以确定许多工作于不同触发角的调光灯在为最终
配线段馈电的低压变压器端子处,对一个电网电压失真水平累积的影响(参见附录A)。
6.3 1975~1982年
在这段时间里,IEC 颁布了一个更为全面的标准IEC (60)555-2:1982《注入交流电网的谐波》。该
标准仍限于220(380)V~240(415)V、50Hz欧洲电网系统,在1987年被CENELEC(欧洲电工委员
会)采用并作为EN(60)555-2。它引入了三种限值,最初的电流限值和EN50006规定的一样,对短时
间使用的产品的限值为1.5倍,比如手持式工具;以及专门针对电视机的限值,虽然输入功率小于
165W的电视机这一豁免条件使得该限值仅应用于小部分电视机。限值直接用电流表示,即使对电视机。
注:所有的IEC 标准从1998年1月1日起都被纳入到60000系列并重新编号。为了表示在那天之前被废止或以
后不再重印,加“6xxx”前缀并放入圆括号内,故有“IEC (60)555-2”。
尽管该标准包含一个附录,声称是解释原始电流限值的来源,但事实上它没有这样做,仅仅是引用
了包含在EN50006中电压畸变限值,而没有给出解释。
6.4 1982~1995年
这期间发生了三个深刻的变化。无论是在商用领域还是在家用领域,开关电源得到了不断推广和
使用,欧洲将引入针对电子产品电磁兼容性特性的强制性法规,对欧洲公共电网提出了“产品质量”要求。
早期的EN50006和IEC (60)555-2并不适用于专用设备,但是在以上标准里并没有相关定义,只
在EN50006引用了“办公机械”作为一个例子。目前尚不清楚这些标准是否适用于办公电脑。在欧
洲,自从人们把电脑归为家用电器,这个问题就得到了解决,因此早期的电流限值得到了应用(但是
CISPR14/EN55014还没有被用于办公电脑的高频电磁发射)。然而,随着用开关电源单元供电的单
相消费电子产品的大量使用,这些产品几乎同时使用时产生的大电流脉冲使得供电电压波峰出现明显
平坦,开关电源单元能够提供技术优势(效益更高,重量更轻,尺寸更小),但大电流脉冲近乎同时发生,
会导致电源电压波形显著的畸变(那些带有变压器馈电的非开关电源产品有更低的发射,这是因为变压
器的串联阻抗导致整流器有更大的导通角)。
因此,IEC (60)555-2的后续发展充满了争议。有人提出虽然供电行业继续推进IEC 61000-3-2的
发展,但是涉及到的相关设备生产行业很少采用此标准。但是应该看到这样的事实,设备生产行业是
一个非常多样化的行业,在考虑谐波电流发射问题时,不同的细分产业有不同的特点。然而供电行业
在优先级上只有很少的多样性,主要源于不同国家的基础设施不同。
IEC 61000-3-2:1995引进了很多新的特征。最显著的是“最大到每相16A输入电流的电子电气设
备连接到公用低压配电系统。”(然而,标准中所定义的“专用设备”,对一些要求享有豁免权)。
所以,这些标准包括一些要求和限值,这些要求和限值范围可以适用不同种类产品,它可以分为如
下四类,和之前的标准一样,它们仅有效地适用于欧洲地区。
注:尚未知晓220V~240V、50Hz的供电系统在其他国家是否和欧洲应用的标准足够相似;同时需要指出,通过
“扩展操作”使得这些标准适用于其他电压和频率系统并不可靠。不同的配电系统配置影响着等效电源阻抗和
谐波电流在系统中的传播。
A类属于通用类,适用于一些不能明确包含在其他类别的产品,这类限值源于1975年最初的电压
限值,以及理论上假设的电源阻抗与谐波频率。这种限值和白炽灯上的调光器的电流发射有关,参见附录B。
B类属于特定类,适用于便携式工具,但是它被假设为只适用于很短的一段时间(几分钟)。其限值
是A类限值的1.5倍。至于这个1.5倍因子也纯粹是启发性的,虽然对于3次谐波,一台恰好满足3次
谐波限值(3.45A)的设备占据了可分配给低压电网的兼容水平(5%)的几乎所有容许部分(0.25)。
注:参见附录A给出了“容许的兼容水平”的解释。
C类适用于照明设备,需要对其认真定义。它的限值是相当严格的,其中的一些限值或类似的值最
初应用于IEC 60082中,而现在取消了。参见附录C。
D类最初适用于从电源获取脉冲电流的产品,该脉冲位于一个以电流波形峰值为中心的规定包络
内。一个典型高效率的在线直流电源单元的整流器导通角为35°。由一组这样产品发射的各低阶奇次
谐波电流几乎按算术叠加,如果是单相电源,则其电压波形被平坦化。D类原希望用于直流电源单元,
不论是外置或内置;但经过大量的研究(包括用峰值平坦化的正弦波为整流器供电的影响),D类被设定
在约65°整流器导通角(带有一些试探性的调整)以包括其他的产品。参见附录D。
D类限值和有功功率成正比,因此用毫安每瓦(mA/W)来表示。在600W 功率时,D类限值表面
上与(固定电流值)的A类限值一致,但由于舍入误差,这两类限值在功率明显不同时每次谐波却相等,
最初引起一些混乱。可能得出这样的结论,即应用这些限值时,对电源系统的预期影响不会超过兼容水
平。详细的解释可以参见参考文献[12]和[13]。
同时,因为可以接受众多这样的产品对供电网络的影响,人们也认为D类限值应该有一个下界,低
于下界的将不适用。下界最初设定为75W,4年后规定减少到50W。但是,人们并没有意识到这是
一个不能如所述的内容那样实施的一个条款,结果那些相信了这个规定的人们对此规定没有得到实施感到失望。
注:没有明确的依据可以算出四年周期,因为IEC 标准是自愿的,在任何时候可以执行或者不执行。此外,IEC 标
准仅只通过同时期开始的投票程进行修改。对多年后可能生效的条款,各个国家委员会不能确定其投什么票。
遗憾的是,为了满足D类限值,65°导通角使得电源单元的低效率令人相当难以接受,表现为需要热
辐射,或需要引入一个电感器,或者一个有功功率因子矫正回路,但这又增加了成本。
因此,这是至今最具有争议的要求。该要求的引入基于以下的统计数据,即欧洲网络电压失真的上
升水平以及与看电视习惯相关的5次谐波水平的每天变化情况。在过去的十年,在几个欧洲国家确定
的上升率大约为1%,虽然获得的测量数据不都是同时同地。当时由其他干扰源带来的背景水平在一
些地点为3%,5次谐波的兼容水平为5%,所以,如果不对上升率进行控制,在大概十年后会导致严重
的后果。考虑到相关产品的寿命周期(三到十年),有必要提前几年采取措施,防止谐波超过兼容水平发生。
在当时,有个被称为“平等权利”的原则用于设置限值,该原则可以简单地解释为“任何产品消耗X
瓦特的电就拥有产生y%的谐波电流的权利”。因此,从电视接收器派生出来的分类和限值,被应用到
了所有安装直流供电单元的产品上。然而,这一原则没有考虑到在用的电视机远远多于在任何国家使
用都不会超过十台的罕见科学设备的情况。所以,对十台设备花额外的成本应用本限值,对电网及其负
载没有多大的意义。
注:“平等......
|