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关键词:电力线通信;技术标准;EMC
1 导论
目前,电力线通信(PLC)技术在全球范围内应用广泛,现已发展地初具规模。电磁兼容性(EMC)包括两个含义:(1)对其它设备或系统的功能不产生影响;(2)本设备或系统的功能不受其它设备或系统的干扰。由于电磁环境十分复杂,因此电力线通信给电磁兼容提出了更高的要求。
2 国际标准化组织对PLC的研究情况
在世界范围内,IEC的CISPR/I分会以及ITU-T等国际组织对PLC的电磁兼容相关标准做了大量研究并讨论了相应技术要求。
2.1 IEC/CISPR I分会
《信息技术设备的无线电干扰限值和测量方法》对PLC设备有一定的标准要求。然而PLC比较特殊的工作模式使得其无法满足现行标准的要求。IEC会议上提出对CISPR22进行针对PLC的修改,建议在PLC设备中增加专门的“多用途端口”。
2.2 ITU-T
ITU-T在EMC建议书中提到,电力线通信网络必须符合《电信网络电磁干扰限值和测量方法》(以下简称《方法》)的相关要求。在《方法》中对9kHz到3GHz频段通信网络的电磁辐射干扰限值和9kHz到400GHz频段的测量方法和解决干扰的措施都有详细的要求。但《方法》里面并没有规定电源端口传导干扰方面的限值,这是需要逐步完善的地方。
3 PLC标准制定研究
就目前而言,在PLC标准制定问题上,世界各国均未达到一致意见,各国研究组织仍在积极寻求多用途端口,力争尽快找到切实可行的实施方案。
本文主要介绍英国、德国和美国在1~30MHz范围内的电信网络辐射干扰限值的技术标准,分别是MPTl570、NB30以及FCC Part15,如图1。以下介绍的PLC中,美国制定的标准最为宽松,其次是德国的技术标准,最后是英国的MPTl570。换言之,美国在对高速数据传输PLC系统管理中考虑到纵多实际情况,更为客观合理。
由图1得出,NB30的标注制定确实相当严格,在在2~ 10 MHz的区间范围内,FCC 限值比NB30 建议限值高出30 dB,从另一个角度出发,即数据传输速率至少提高十倍左右或者传输功率上升至1000倍。
英国的MPT1570 的限值较之于德国的NB30技术标准将近低20 dB 左右,意味着传输速率仅仅只有NB30的60% 左右,从技术层面出发,在实际应用中如此低的限制受到巨大挑战在所难免。我们知道家庭用的电脑、电话以及电视机等家用电器的电磁辐射都超过这些限值,因此笔者认为美国的 FCC part15比欧盟CISPR22 或德国NB30等技术标准更科学、更合理。
4 PLC 电磁辐射
图2为研究人员在64 台计算机上同时使用五类双绞线上网时产生的电磁辐射效果曲线图,观察该曲线,电磁辐射低于60dB的情况多发生在区间为在1 ~ 10MHz范围内,辐射为40 dB多位于10~ 30MHz区间内,基本符合FCC part15 标准。研究表明PLC 系统在10 m 以外时,对无线电通信几乎不产生任何干扰。
5 结论
PLC技术的标准化工作至今仍在缓步进行,对传导干扰进行定义及限值制定等问题至今很难达成一致认识,但是作为一种资源广泛的通信网络技术,电力线通信的市场需求仍然存在,只有各方共同努力,才能使PLC系统更好地服务于广大用户。
参考文献
[1]Chan M H L,Donaldson R W. Amplitude,Width and Interracial Distributing for Noise Impulses on Intrabuilding Powerline Communication Networks[J] . IEEE Trans on EMC,1999,27(8) : 6269.
(1.北京市产品质量监督检验院,北京101300;2.国家中文信息处理产品质量监督检验中心,北京101300)
摘要:随着信息技术的不断发展,多种电磁辐射源同时存在的电磁辐射环境日益复杂,各类场所的人为电磁能量显著增加。为了实现对复杂电磁辐射环境的分析,预防或减少电磁辐射的伤害,通过对单一辐射源检测方法开展研究,创新性地提出了复杂电磁辐射环境的概念及检测方法,包括相对中心检测法和相对轴线检测法,并结合单一辐射源检测结果,对现代城市环境中常见的复杂电磁辐射环境开展了检测,最后对电磁辐射情况进行总结并提出建议。
关键词 :复杂电磁辐射环境;电磁辐射;辐射源;辐射强度
中图分类号:TN03?34 文献标识码:A 文章编号:1004?373X(2015)15?0123?03
收稿日期:2015?01?12
0 引言
随着信息技术的广泛应用和现代城市化进程的加快,各种频率电磁波的交互作用使城市空域、公共环境及居民住宅在内的各类场所的人为电磁能量显著增加。城市电磁环境污染已成为继PM2.5之后,又一环境污染因子,与人们熟知的大气污染、水污染和噪音污染相比,电磁污染由于不易被人们直接感知、隐蔽性强,短期效应不显著容易被人们疏忽。但是,随着消费者健康、环保意识的不断加强,对于电磁辐射的关注度也在不断增加。
现阶段电磁辐射的研究和检测还主要集中于对单一电磁辐射源的定性研究,随着技术的不断发展,电磁环境复杂性日益提高,对多种电磁辐射源同时存在的复杂电磁辐射环境的研究势必成为电磁辐射污染研究的热点。本文中复杂电磁辐射环境是指由多辐射源引起的多频率、多场强的电磁环境。当众多电磁辐射源处于同一区域环境中时,其产生的电磁波彼此之间交错作用,其呈现出的电磁环境变得相当复杂[1]。本文在对单一辐射源电磁辐射情况进行研究的基础上,针对复杂电磁辐射环境的检测方法进行分析和研究。
1 单一辐射源
1.1 检测方法
单一辐射源的电磁辐射情况采用多点检测法,如图1所示,单一辐射源多点检测法是通过不同的方位(根据消费者实际使用、接触情况),对辐射源的电磁辐射情况进行检测,获得的检测数据主要包括辐射源的工作频率、电磁信号种类、功率,检测结果能够较全面地反映辐射源的电磁辐射情况[2]。
1.2 检测设备
针对工频、低频电磁场强度检测,需要使用各向同性响应或者有方向性电场探头或者磁场探头的宽带电磁辐射测量仪;检测移动基站等射频电磁辐射强度检测,则应使用具有各向同性响应或有方向性探头(天线)的非选频式宽带辐射测量仪[3]。
1.3 检测数据和结果分析
针对17 类典型电器产品的电磁辐射情况进行检测,对数据进行汇总并分析如下:
(1)单一辐射源辐射强度与检测距离成反比。在对典型单一辐射源电磁辐射强度进行检测时,以辐射源为坐标轴零点,在一系列与辐射源间距不同的位置点进行检测,辐射源的电磁辐射强度与检测点距辐射源的距离成反比,由检测结果可知,日常生活中大部分辐射源的电磁辐射强度在检测距离为0.5~1 m 时降低到可接受水平。以某品牌吸尘器产品为例,检测数据如图2所示。
(2)单一辐射源辐射强度与检测位置相关。在对典型辐射源电磁辐射强度进行检测时,以辐射源为相对中心,对不同检测位置的电磁辐射强度进行实地检测,这里所说的不同位置是指以辐射源为圆心,半径为恒定值的圆上不同方位的点,不同检测位置电磁辐射强度存在差异。表1列举了本次检测到的17类产品中不同位置检测点电磁辐射强度差异较大的辐射源。由此可见,大部分辐射源的电磁辐射强度最大值出现在辐射源侧面、发动机所在处和信号(音频、无线)发射区。
2 复杂电磁辐射环境
2.1 家居复杂电磁辐射环境
2.1.1 电磁辐射来源
伴随着智能家居概念的不断推广,家居数字化程度不断提高,就目前智能家居系统的安装来说,其在安装调试过程中主要有无线方式和有线方式,由于有线方式布线繁杂、连接端多、工作量大、成本高、维护困难等特点无法进行大规模的推广,而无线方式则由于不受这些原因限制得到广泛的应用。常见的用于传输信号的无线电技术包括:蓝牙(工作频率2.4 GHz),WiFi(工作频率:2.4 GHz,5.8 GHz)等,在低功率情况下无线传输受限于距离,这种情况下产生的无线电辐射非常小,假如要求有足够的距离,就要提高设备功率,相应会产生比低功率情况下强的电磁辐射。
再加上家庭中原有的各种家用电器、低频电磁场设备(如电线、开关等)、广播电视信号、通信信号等,所有这些信号重叠在一起使本来居住环境中的电磁辐射环境更加复杂。
2.1.2 检测方法
虽然家庭中不同时间段电磁环境是复杂的而且是多变的,但由于辐射源总数量相对固定,对不同信号的不同组合累积实时进行测量即可,最终选取最差值进行统计。根据家庭环境中电磁辐射源相对集中的特点,设计了如图3所示的相对中心检测法和如图4所示的相对轴线检测法。
对家居环境复杂电磁辐射情况进行多次重复检测[4],检测过程中需记录的数据包括:
(1)频率占用度
频率占用度测量的目的是了解一个频域内辐射源的多少和密集程度,由于环境中辐射源工作情况存在不同的组合,需要针对每种组合情况进行检测积累,将频谱进行分类统计和记录。
(2)电磁信号类型
对于不同辐射源发射的电磁信号的种类进行记录,其大小反映了复杂电磁辐射环境组成中电磁信号的复杂程度。
(3)功率密度
功率密度用以描述复杂电磁辐射环境的功率强度,功率密度的定义为:功率与带宽的比值,即功率带宽。
通过对以上参数的分析和统计,并结合检测值进行分析,可确定该复杂电磁辐射环境中主要的辐射源及辐射贡献。
2.2 公共环境中复杂电磁辐射环境
2.2.1 电磁辐射来源
公共环境主要包括商场、超市和街道等公共场所,除包含特殊设备外,由于公共环境相对开阔,复杂电磁辐射危害相对较弱。
2.2.2 检测方法
根据公共环境中辐射源分布相对分散的特点,设计了如图5所示的随机不规则多点检测法对复杂电磁辐射情况检测。
检测过程中需记录的数据同样包括频率占用度、电磁信号类型和功率密度。
2.3 检测建议
采用本文提出的复杂电磁辐射环境检测方法,针对日常生活中接触较多的超市、家庭、公共道路和地铁站等复杂电磁辐射环境进行检测,检测结果显示,家庭中由于电器相对聚集,当多种电器同时开启时,电磁辐射强度增加较为明显;除非近距离接触公共环境中的特殊辐射源(例如公共道路中的高压变电站等),普遍公共环境较为开阔,电磁辐射强度均在可接受范围之内。提出建议如下:
(1)应注意不要把电器摆放得过于集中,使自己暴露在超剂量辐射的危险环境中;
(2)不应同时开启大量电器,同时处于工作状态容易造成电磁辐射量显著增大;
(3)不宜在卧室集中摆放电器;
(4)对于公共场所中的辐射源使用完应尽快远离、及时通过,由于工作关系需要长期接触的,需尽量远离辐射环境,保持安全距离。
3 结语
本文基于对单一辐射源和复杂电磁辐射环境的检测方法开展研究,并采用相应的检测方法针对现代城市环境中常见的单一辐射源进行检测,得到检测结论,并对现代城市环境中电磁辐射情况进行了总结。
参考文献
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[5] 崔本亮.电器电磁辐射对人的影响及保护措施的研究[J].现代电子技术,2011,34(20):140?146.
[6] 杨晟健,钟清华.基于FFT和电磁辐射的低压电弧故障检测[J].现代电子技术,2012,35(18):86?88.
2014年9月,《消费者报道》从京东、苏宁等电商平台上购买了5款较畅销的家用电磁炉――品牌包括美的、苏泊尔、九阳、格兰仕和奔腾,进行对比测评。从消费者日常使用中的安全与能效角度出发,测试指标包括热效率、待机功耗、电磁辐射、骚扰电压、高低温以及高湿环境适应性等。
在安全性指标上,第三方权威机构的检测结果显示,5款电磁炉的电磁辐射均符合国家标准限值;但在“骚扰电压”这一项测试中,5款产品则“全军覆没”。
骚扰电压不达标
对于厨房电器而言,安全永远被消费者摆在第一位。
电磁炉的工作原理是通过磁场变化将电能在器皿内转化为热能,但由于其功率通常较大,因此它的工作频率也比普通的家电产品高。正因为如此,消费者通常十分关心其电磁辐射是否对他们构成威胁。而同样基于工作频率高的原因,电磁炉存在干扰其他家用电器的可能。对此,电磁兼容性就成了判断电磁炉是否对其他电器造成干扰的重要指标。这也一定程度上反映电磁炉的安全性。
本刊参照《GB4824-2004工业、科学和医疗(ISM)射频设备电磁骚扰特性的测量方法与限值》(以下简称GB4824-2004),对5款电磁炉的电磁辐射与骚扰电压进行了检测。
检测结果显示,5款电磁炉的电磁辐射量均在标准限值范围内。这说明5款电磁炉在设计时就考虑到这个问题,减少电磁辐射从电磁炉体内和锅体向外泄放。另外,电磁炉辐射量的大小和电磁炉功率、质量、及其所使用锅具都有很重要的关系。
然而,连续骚扰电压的测试结果显示,5款电磁炉均不达标。即根据GB4824-2004的检测要求,5款受测产品在不同的测试频率中测得的准峰值与平均值均部分超出了标准限值。在准峰值的测试结果中,格兰仕与九阳在特定测试频段的检验值超出标准限值较多;而平均值的测试结果显示,美的与九阳在不同测试频段的检验值超出标准较多。
对此,广东出入境检验检疫技术中心电气安全实验室副部长柯懿朴向本刊记者解释,骚扰电压是电磁骚扰的一种,如果骚扰电压超过限值,会对区域内与其频段范围相同的电器造成干扰,使其它用电设备误动作等。如果长时间使用,连续骚扰电压太大,会对人的身体也有一定影响。
电磁炉的骚扰电压不合格问题一直存在。2008年,广东省产品质量监督检验中心曾对市场上30个电磁炉产品进行抽检,结果显示骚扰电压合格率为0。负责此项目的工程师钟远生分析,造成骚扰电压不合格的关键原因与其设计原理有关,电磁炉工作时把市电(50/60Hz)变成20-40kHz的高频电压,这会在20-40kHz频段发生较大的骚扰。如果不采取有效的电磁兼容措施,就会造成在该频率范围某点频率超出限值。
错位的强制性标准
骚扰电压指标“全军履没”的一个重要原因,和目前电磁炉两个国家强制性标准之间的衔接错位有关。
本刊此次检测参考的GB4824-2004是国家强制性标准,电磁炉同时也需要通过3C认证(强制性产品认证制度),但后者中并未纳入电磁兼容性的检测,导致生产企业对这一性能的忽视。
本刊记者从国家认证认可监督管理委员会了解到,目前家用电磁炉的3C认证执行标准为《CNCA-01C-016:2007电子电气产品类强制性认证实施规则 家用与类似用途设备》。在此标准下,电磁炉的电磁兼容项目并无规定。生产厂家在对电磁炉产品进行质量认证时,电磁兼容一项并不需要强制执行前述GB4824-2004标准。与此情况相同的,还有微波炉、电烤箱等厨房电器。
在第三方检测机构看来,电磁炉的电磁兼容性相比其他家电更为重要,但对于这一指标未纳入3C强制认证项目的原因,本刊记者从中国质量认证中心得到的答复十分模糊,部分受访者表示对于标准制定并不了解,只是按照规定对产品执行认证。
摘要:主要介绍各个国际标准组织和部分国家对电力线通信(PLC)中电磁兼容技术的标准要求,并对各种规范中PLC设备的标准限值进行了比较;最后总结了PLC标准制定存在的问题并展望了发展方向。
1 前言
近年来,电力线通信(Power Line Communications,PLC)技术发展非常迅速,现在已经进入初步应用阶段。PLC系统充分利用电力系统的广泛线路资源,通过OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)等技术可以在同一电力线不同带宽的信道上传输数据。但是由于电网中传输的是强电,而且电网的稳定性比传统的通信网差得多,使得电力线通信线路的电磁环境极为复杂。这就给电力线通信系统提出了更高的电磁兼容要求,电磁兼容技术也成了实现电力线通信所需的关键技术之一。
2 各国际标准化组织对PLC的研究情况
在世界范围内,IEC的CISPR/I分会以及ITU-T等国际组织对PLC的电磁兼容相关标准做了大量研究并讨论了相应技术要求。欧洲从2000年起开始研究PLC系统的技术框架和技术标准,目前已经取得了一定的进展。主要相关的国际组织有CENELEC和ETSI,前者侧重电磁兼容问题,后者侧重通信技术方面的统一标准。
2.1 IEC/CISPR I分会
PLC设备属于信息技术设备,应符合IEC/CISPR22《信息技术设备的无线电干扰限值和测量方法》的要求。但是由于PLC设备特殊的工作模式,其传导干扰无法满足现行标准的要求。在2002年的IEC会议上曾有代表建议对CISPR22进行针对PLC的修改(会议文件编号:CISPR/I/44/CD),增加一个专门针对PLC设备的“多用途端口”,其定义为:连接到低压分布式网络,支持数据的传输和通信,结合了电信端口和电源端口功能的端口。
对于PLC设备,该文件建议要求它的传导干扰既满足现有标准电源端口的限值,也满足电信端口的限值。这样多用途端口的干扰测试就要进行两次:
(1)作为电源端口(关闭它的通信功能),用通常的V型网络(AMN)进行测试,要求满足CISPR22中表1和表2的限值。
(2)作为电信端口,用新型的T型网络进行测试,要求满足CISPR22中表3和表4的限值。
这种测试方法基于以下原理:
(1)消费类产品的电源是非对称干扰源,它所产生的干扰用V型网络(AMN)来进行测试是非常合适的。
(2)与之相反,采用共模信号进行通信的电信端口,它所产生的干扰要比差模信号所产生的干扰小得多。T型网络很适合用于共模干扰的测量,因为适当的网络参数可以提供从差模信号到共模信号转换所需要的纵向转换损耗(LCL)。
针对以上的理论,该文件建议对CISPR22进行较大的修改,增加大量有关多用途端口的内容,以及相关的测试设备要求、试验布置要求和测试方法等。但是,这项建议没能获得最终的通过。参加会议的各个会员对这项建议的意见分歧很大,主要有:
(1)一部分CISPR会员认为PLC的相关内容应该转由CISPR/A分会负责,一部分会员对此表示反对,认为PLC的研究还是应该留在I分会中。
(2)有些会员对CISPR/I/44/CD提出的测试方法能否彻底避免PLC设备对其他设备造成的不良影响表示怀疑。
(3)有些会员认为这一测试方法违背了CISPR22中“被测设备应该工作在最大发射状态下”的原则。
(4)有些会员认为世界各地的电网状况不尽相同,确定一个合适的LCL值是很困难的。
随后,在2005年的CISPR会议上,CISPR/I成立了一个特别工作组(PLT TASK FORCE)来负责PLC相关标准的研究工作。该工作组将负责继续研究对CISPR22的相关修改,包括定义、限值、测试条件和测试方法等内容。特别组共准备发表7份相关技术文件。
2006年3月该组织发表了第一份文件,介绍安装PLT设备的电网结构。主要阐述如下内容:
1、 电网拓扑结构,尤其是低压电网拓扑结构。 当PLT系统工作时,接入终端的传输信道就是低压电力线。对于既有电力线不可能为了PLT系统进行大规模改造,因此必须充分了解低压电力线拓扑结构,特别是农村、市区,居住环境、商业环境、办公环境的拓扑结构。才能进行PLT网络规划设计。
2、 PLT接入关键设备EMC特性:电网接入设备是PLT系统正常运行的关键之一。由于传统高压、中压、低压电网都是针对工频电力信号设计,所有设备的高频特性研究是十分艰巨的。特别是低压电网设备产生的各种高频骚扰有可能直接通过电网与PLT通信信号相互叠加,影响PLC网络运行。
其他技术文件会陆续发表。
2.2 ITU-T
在ITU-T目前的EMC建议中,电力线通信网络和设备应符合K.60 《电信网络电磁干扰限值和测量方法》的要求。K.60规定了从9kHz到3GHz频段通信网络的电磁辐射干扰限值,给出了9kHz到400GHz频段的测量方法,还提供了在通信网络中定位和寻找无线电干扰源的程序和一些解决干扰的措施。
目前ITU-T第五研究组正在加紧研究关于针对PLC修订K.60的问题。欧洲European Broadcasting Union等机构的代表递交文稿建议加严K.60的限值,从而防止PLC对其他广播和通信业务造成干扰,也有代表对此表示反对。各国代表目前正在积极地研究和搜集素材,以便为合理地管制PLC的电磁干扰提供依据。
K.60并没有规定电源端口传导干扰方面的限值,因此对于PLC网络和设备,符合K.60要求并不困难,只要在设计制造时适当采取控制电磁辐射干扰的措施即可。
2.3 CENELEC
CENELEC的TC205/SC205A/WG10(家用及建筑物电子系统技术委员会/电源信号产品标准分委员会/高频发射与抗干扰工作组)和TC210/SC210A(通用EMC标准技术委员会/信息技术设备EMC标准分委员会)负责PLC电磁兼容标准研究工作。其中,SC205A研究物理和MAC层。该工作组的研究发现,当考虑接入网络和室内网络共存的情况时,OSI的传统分层结构将不能满足需求。
特别值得关注的是,CENELEC和ETSI两个标准化组织5个专业机构联合组成了电信网络EMC标准联合工作组(CLC/ETSI JWG)。
2.4 ETSI
ETSI专门成立了PLC研究工作组EP PLC,从2000年开始陆续公开了两个PLC技术规范和9个技术报告。EP PLC主要致力于制定PLC产品和系统的技术规范,已列入ETSI工作计划且与电磁兼容相关的共有如下几项:
TR 102 258(2003-09)LCL回顾与统计分析;
TR 102 259(2003-09)EMI回顾与统计分析;
TR 102 270(2003-12)基本低压分布网络(LVDN)测量数据;
TR 102 324(2004-05)电力线通信系统辐射发射特性与测量方法技术水平;
TR 102 370(2004-11)3MHz~100MHz LVDN 基础测量数据。
3 各国对PLC标准的研究
目前定义了1~30MHz范围内电信网络辐射干扰限值的技术标准共有4个:德国的NB30、英国的MPTl570、美国的FCC Part15以及国际电信联盟于2003年7月推出的ITU-T K.60。其中,由各个国家制定的相关标准如下。
3.1 美国FCC
高速PLC系统符合FCC part 15 定义的载波电流系统。PLC系统通过电力线以传导的方式传输信号,可认为是无意发射源,因此47CFR§15.205的要求对PLC不适用。
通常来讲满足辐射限值的系统可以保护正常工作的系统不受干扰。但是FCC不仅仅强调辐射限值的制定,考虑到不同的测量方法和测量过程存在测量不确定度, FCC认为一致性检验过程的制定也同样重要。FCC part15规定的PLC辐射限值见表1。
用途 频率(MHz) 场强 (dBµV/m)
测量距离 (m)
测量带宽 (kHz) 检波器 载波电流系统 1.705-30.0 29.5 30 9 Quasi-peak Class A 30-88 39.1 10 120 Quasi-peak Class B 30-88 40 3 120 Quasi-peak
3.2 德国RegTP
德国RegTP(The Regulating Administration for Telecommunications and Posts of Germany)于1999年1月制定了NB30标准。规定了9kHz~3GHz通信系统辐射干扰限值,包括有线电视、xDSL、PLC等系统。NB30标准的辐射限值见表2。
频率范围(MHz) 场强 (dBµV/m) 测量距离 (m) 测量带宽 检波器 >1 ~ 30 40 – 8.8 * lg10f (MHz) 3 9 kHz Peak >30 ~ 1000 27 3 待定 Peak
3.3 英国
英国于2003年1月针对PLC系统制定了MPT1570规范,规定了9kHz~1.6MHz磁场辐射限值,见表3。该标准规定使用满足IEC CISPR16-1的环天线和接收机进行测量。主要目的是保护广泛使用的广播接收机。
频率范围 场强 (dBµA/m) 测量距离 (m) 测量带宽 检波器 9~150kHz 49-20lgf(kHz) 3 200 Hz Peak 150kHz~1.6MHz -1.5-20lgf(MHz) 1 9 kHz Peak
3.4.其他国家技术要求
部分其他国家技术要求见表4。
澳大利亚 ACA不对525 kHz以上频段进行要求 奥地利 政府部门已经停止PLC试验计划,结论表明PLC在2~30 MHz时引起的干扰不能减小到可接受的程度 芬兰 FICORA年报(2001)根据测量结果,决定只有在PLC技术解决干扰和安全问题后才能商用。在欧洲标准出台前,采用NB30限值 日本 MPHPT决定不给PLC系统增配许可频率。建议继续进行研究如何减小干扰问题
由于FCC对PLC辐射限值制定较松,从而使PLC系统在美国得到迅速发展;欧盟一些国家持谨慎发展态度,欧洲各国正在等待欧盟标准的最终制定;BBC等传统广播通信系统出于自我保护的考虑,对PLC系统提出较苛刻的限制要求。
[关键词]电能质量 在线监测
社会发展到今天,电力无所不能。但由于电网中日益增多的非线性、波动性和冲击性负荷,导致了电能质量问题成为人们时下广泛关注的焦点话题之一,受到了供用电双方的极为重视。为保证电网的安全稳定运行,很有必要对电能质量进行实时监测。
图1所示为电力系统在理想状态下按额定频率和额定电压的正弦波形进行供电的波形图和向量图。其三相电压和电流的幅值均相等,相位差互差120度。
图1 理想对称三相系统的电压波形图和向量图
但在现实中,由于各种各样的原因,这样理想的供电系统实际上是不可能存在的。从对理想的三相交流电力系统的分析可以得知,对电能质量的标准可以从以下的因素进行分析研究。
(1)对三相交流电来讲, Ua,Ub,Uc是否达到基本平衡;(2)
,频率偏差与其动态属性;(3)电压是否存在偏差以及偏差的大小,是否发生了波动与闪变等;(4)电压和电流的波形是否发生突变。
现如今,国家已经颁布了《供电电压允许偏差》、《暂时过电压和瞬态过电压》、《频率允许偏差》、《公共电网谐波》等以及有关电压的波动、闪变、间断、三相不平衡等方面的电能质量的相关标准。本论文就是遵循以上的电能质量的相关标准对电能质量在线监测装置进行了研究设计。
1.电压允许偏差。在正常运行的电力系统中,某一处的供电电压的实际值与系统标称电压的差值对系统标称电压的百分比称为该处的电压偏差,其数学表达式如下:
其中,电压的实际值在电能质量监测装置中可由
得到。
2.频率偏差。所谓频率是指电力系统中的正弦交流电在1s内交变的次数,单位是赫兹。所谓频率偏差是指在正常运行条件下,电力系统频率的实际值与标称值(也称额定值)之差,它的数学表达式是:。在我们国家,电力系统的额定频率是50HZ,而国外采用的是60HZ频率。我国对频率偏差的规定是,其偏差允许值范围为-0.2HZ~+0.2HZ,对于容量较小的系统,其允许值范围可以扩大到-0.5HZ~+0.5HZ。频率偏差产生的根本原因是电力系统中存在不平衡的有功功率。
3.高次谐波。所谓高次谐波,是指频率为基波频率整数倍的波形。在供电系统中,产生电压谐波的根本原因是具有非线性特性的某些元件和负荷的存在,例如电力系统中的波形突变就是电压与电流因为不成线性关系而导致的。理想情况下电路中的波形是一个很标准的正弦波形,但是当谐波出现时,正弦波形会产生明显的失真。
干扰源能够产生高次谐波,有三种方式对电源及邻近设备产生谐波污染,即传导、电磁辐射和感应耦合。所谓传导就是高次谐波根据阻抗大小不同分流到电源和负载上。而电磁辐射是指干扰源产生的高次谐波能够产生辐射作用,对周围的无线电等电子设备产生污染。而感应耦合则是在传导中,相互平行敷设的导线形成电磁耦合而产生的感应干扰。
4.电力系统的三相不平衡度。所谓三相平衡系统是指三相交流电力系统中的三相交流电都具有相同的频率和幅值,且在相位上三相按顺序互差120度的角度。但是在实际的电力系统中由于有各种各样的原因存在,实际电力系统不能达到理想中的平衡。三相不平衡是指在电力系统中三相电流(或电压)幅值不一致,且幅值差超过规定范围。在电力系统中,由于三相不平衡的存在,会使系统或用户受到一系列的影响,具体有如下五个方面的影响。
5.电压暂降。电压暂降(也称电压骤降或称电压跌落,还有的称为电压凹陷),是指在50HZ频率条件下电压均方根值迅速减小到额定电压的0.1~0.9倍之间、其持续时间约为10毫秒至1分钟的短时间的电压变动现象。标称电压暂降的三个最重要的特征量,第一个是电压暂降的幅值,第二个是电压暂降的持续时间,第三个是电压暂降的相位跳变。产生的原因一般是由电网、变电设施的故障或负荷突然出现大的变化(如大功率设备启动时)所引起的。在某些情况下会出现两次或更多次连续的跌落或中断。