LIMITE PENTRU ARMONICILE DE CURENT

3.1. GENERALITĂŢI

Nivelul curenţilor armonici emişi de consumatori nu trebuie să afecteze funcţionarea corespunzătoare a celorlalţi consumatori. Trebuie precizat că există norme de limitare numai pentru anumite categorii de echipamente.

3.2. CLASIFICAREA ECHIPAMENTELOR

Din punct de vedere al nivelului curenţilor armonici echipamentele consumatoare de energie electrică se clasifică în patru clase.

1. Clasa A care cuprinde toate echipamentele trifazate echilibrate şi orice alte echipamente care nu sunt incluse în clasele următoare.

2. Clasa B care cuprinde echipamentele portabile.3. Clasa C care cuprinde echipamentele de iluminat, inclusiv dispozitivele de

reglare a intensităţii luminii.4. Clasa D care cuprinde echipamentele al căror curent de intrare are “formă

de undă specială“ (PC, monitor, TV), iar puterea activă absorbită, măsurată în condiţii de test precizate, este în intervalul 75 - 600 W.

Se precizează că, indiferent de forma de undă a curentului de intrare, unele echipamente din clasele B şi C şi, provizoriu, echipamentele pentru alimentarea motoarelor electrice, comandate în fază (redresoare şi cicloconvertoare), nu sunt incluse în clasa D.

Pentru a determina dacă un echipament se încadrează în clasa D, poate fi utilizată forma de undă a curentului din fig. 3.1.

1

Fig. 3.1 Intervalele pentru curentul absorbit, care permit definirea „formei de undă speciale” şi încadrarea echipamentelor în clasa D

Astfel, echipamentul va fi încadrat în Clasa D dacă, în condiţii de test precizate, forma de undă a curentului absorbit pe fiecare semiperioadă, prin raportare la valoarea de vârf ipk, determină valori cuprinse în intervalele din fig. 3.1, pentru cel puţin 95% din durata fiecărei semiperioade. Aceasta înseamnă că, formele de undă având mici vârfuri în afara intervalelor precizate în fig. 3.1, sunt neglijate, considerându-se că aparţin intervalelor precizate. În fig. 3.1, linia punctată coincide cu valoarea de vârf a curentului de intrare.

În general, pentru încadrarea unui echipament într-una din clasele definite se parcurg secvenţele din fig. 3.2.

2

NUEchipament cu formă

de undă specială şi P?

Echipament de iluminat?

Echipament portabil?

Echipament trifazat

echilibrat?

Motor electric?

ClasaC

ClasaD

ClasaB

ClasaA

Fig. 3.2 Organigramă pentru încadrarea echipamentelor după nivelul de armonici

DA

DA

DA

DA

DA

NU

NU

NU

3.3. CERINŢE GENERALE

Limitele armonicilor de curent sunt impuse astăzi de următoarele standarde internaţionale:

EN/IEC 61000-3-2, care se referă la echipamentele electrice şi electronice de până la 16A pe fază, conectate la tensiunile 220/380V, 230/440V şi 240/415V, cu frecvenţa de 50 sau 60Hz.

EN/IEC 61000-3-12, care se referă la echipamentele electrice şi electronice între 16 şi 75A pe fază, conectate la tensiunile 220/380V, 230/440V şi 240/415V, cu frecvenţa de 50 sau 60Hz.Pentru celelalte cazuri, nu au fost adoptate norme, până în prezent.Echipamentele de măsurare a armonicilor trebuie să respecte normele

prevăzute de standardul EN/IEC 61000-4-7 (2002).De remarcat este evoluţia în timp a acestor standarde, în special EN/IEC

61000-3-2, care de la apariţia sa în 1995 şi până în 2006 a suferit şase amendamente, menite să elimine ambiguităţile de interpretare.

3.3.1. METODE DE COMANDĂ

În condiţii normale de lucru, nu vor fi utilizate următoarele metode de comandă:

a) comanda asimetrică, aşa cum este definită de normele IEV-07-11, exceptându-se numai cazurile în care această metodă de comandă este singura soluţie practică care permite detectarea condiţiilor de nesecuritate;

b) redresarea simplă alternanţă în situaţia cazul alimentării directe de la reţea, exceptându-se numai cazurile în care această metodă de comandă este singura soluţie practică care permite detectarea condiţiilor de nesecuritate, sau puterea activă la intrare care este comandată este mai mică sau egală decât 100W sau dacă aparatul comandat este un aparat mobil conectat printr-un cordon flexibil ce conţine două conductoare, şi care este utilizat pentru un timp scurt (numai câteva minute), cum ar fi, spre exemplu uscătoarele de păr.

Comanda simetrică care produce armonici joase (n 40) în curentul de intrare, poate fi folosită pentru comanda puterii furnizată aparatelor de încălzire, în condiţiile în care, puterea de intrare corespunzătoare undei sinusoidale pline este mai mică sau egală decât 200W sau nu sunt depăşite limitele din Tab. 3.1.

Aparatele electrocasnice cu comandă simetrică utilizate pentru timp scurt (spre exemplu uscătoarele de păr) sunt încadrate în Clasa A.

Aparatele cu comandă asimetrică sau cu redresare simplă alternanţă autorizate să funcţioneze în condiţii speciale precizate, trebuie să se încadreze, în limitele precizate în IEC 61000-3-2.

3

3.4. CONDIŢII PENTRU MĂSURAREA ARMONICILOR DE CURENT

Pentru măsurarea armonicilor de curent se utilizează montaje şi condiţii bine precizate, atât pentru sursele utilizate, cât şi pentru aparatele de măsură.

Când curentul conţine armonici de rang mai mare decât 19 se va analiza spectrul acestuia, iar dacă amplitudinile armonicilor scad monoton cu rangul, măsurarea se poate limita la armonicile de ordin mai mic sau egal cu 19.

Armonicile mai mici de 6% din curentul de intrare măsurat, sau mai mici de 5 mA, se neglijează.

Dacă limitele armonicilor sunt date în funcţie de fundamentala curentului sau de puterea activă la intrare, acestea vor fi măsurate în aceleaşi condiţii.

3.4.1. REGIMUL ARMONIC STAŢIONAR SAU TRANZITORIU

Limitele precizate în tabelele 3.1-3.3, se referă ca atare, la regimul armonic staţionar.

Dacă regimul armonic este tranzitoriu, se vor avea în vedere, suplimentar, următoarele:

1. Armonicile prezente pentru mai puţin de 10 secunde când un aparat al echipamentului este pus în funcţiune sau este oprit, manual sau automat, se neglijează.

2. Pentru armonicile pare de ordin 2-10 şi impare de ordin 3-19, care se menţin pe cel mult 10% din durata de observare de 2.5 minute, limitele admise sunt de 1.5 ori mai mari decât cele precizate.

3.5. LIMITE ADMISE PENTRU ARMONICI

Normele internaţionale (EN/IEC 61000-3-2) stabilesc limite admisibile pentru nivelul armonicilor de curent introduse de echipamentele cu puterea de până la 1kW. Pentru puteri mai mari, introducerea unor limite admise este în studiu, preconizându-se completarea normelor existente, în următorii ani.

Referitor la limitele precizate în tabelele 3.1-3.3, sunt necesare câteva precizări.

1. Pentru echipamentele de clasă B, limitele admise sunt cele prevăzute pentru echipamentele de clasa A, multiplicate cu 1.5.

Ordinul armonicii (n) Valoarea maxim admisibilă a curentului [A]Armonici impare

3 2,35 1,147 0,779 0,411 0,3313 0,21

15 n 39 0,15*15/n

Armonici pare2 1,084 0,436 0,3

8 n 40 0,23*8/n

4Tab. 3.1 Limitele admise ale curenţilor armonici pentru echipamentele de clasa A

2. Pentru echipamentele de clasă C, precizările se referă la două tipuri de echipamente.

A. Echipamente de iluminata) Pentru echipamente de iluminat cu puterea de intrare mai mare de 25W,

limitele admise sunt cele prevăzute în tabelul 3.2.Ordinul armonicii

(n)Valoarea maxim admisibilă a curentului, raportată la fundamentala curentului de

intrare[%]

2 23 30*PF5 107 79 5

11 n 39numai armonicile impare

3

PF este factorul de putere al echipamentului

b) Pentru echipamente de iluminat cu puterea de intrare mai mică sau egală cu 25W, sunt necesare două condiţii de încadrare:- limitele reprezentând valorile maxim admisibile ale armonicilor de

curent raportate la puterea la intrare, sunt date în tabelul 3.3, coloana 2;

Ordinul armonicii (n)

Valoarea maxim admisibilă a curentului, raportată la puterea la

intrare[mA/W]

Valoarea maxim admisibilă a curentului

[A]3 3,4 2,35 1,9 1,147 1 0,779 0,5 0,411 0,35 0,33

13 n 39numai armonicile impare

3,85/n 0,15*15/n

- valoarea maxim admisibilă pentru amplitudinea armonicii de rangul 3, exprimată ca procent din amplitudinea fundamentalei, este 86%, iar pentru armonica de ordinul 5, este 61%; în plus:

forma de undă a curentului va fi astfel încât, creşterea sa să înceapă înainte de 600 şi să nu se anuleze înainte de 900;

5

Tab. 3.2 Limitele admise ale curenţilor armonici pentru echipamentele de clasa C

Tab. 3.3 Limitele admise ale curenţilor armonici pentru echipamentele de clasa D

unghiurile sunt măsurate faţă de trecerea prin zero a alternanţei corespunzătoare a fundamentalei tensiunii de alimentare.

B. Echipamente de reglare a intensităţii luminiiLimitele admise sunt diferite, după cum variatorul este independent sau este

încorporat în echipamentul de iluminat.a) Dacă variatorul este independent, limitele admise sunt cele precizate în

tabelul 3.1. În plus, dacă variatorul utilizează comanda în fază, unghiul de comandă nu trebuie să depăşească 1450.

b) Dacă variatorul este încorporat, limitele admise sunt în funcţie de tipul lămpii:- pentru lămpi cu incandescenţă, limitele admise sunt cele precizate în

tabelul 3.1, iar dacă variatorul utilizează comanda în fază, unghiul de comandă nu trebuie să depăşească 1450;

- pentru lămpi cu descărcare, în condiţii de sarcină maximă, limitele admise, exprimate ca procente din curentul pe fundamentală, sunt date în tabelul 3.2; în plus, pentru orice poziţie a variatorului, armonicile de curent nu trebuie să depăşească valorile corespunzătoare sarcinii maxime.

3. Pentru echipamentele de clasă D, se impun limite numai pentru armonicile impare, iar valorile sunt precizate în tabelul 3.3 şi se referă la echipamentele a căror putere de intrare este peste 75W.

3.5.1. SCHEME DE MĂSURARE

Pentru testarea echipamentelor monofazate se indică montajul din fig. 3.3 iar pentru cele trifazate, montajul din fig. 3.4. Se menţionează că:

- pentru armonicile de rang mai mare sau egal cu 19, dacă spectrul acestora este descrescător cu ordinul armonicilor, acestea pot să nu fie măsurate;

- armonicile de curent mai mici decît 0.6 % din curentul de intrare măsurat, sau mai mici de 5 mA, se neglijează;

- dacă limitele armonicilor de curent sunt date în funcţie de fundamentala curentului sau de puterea activă la intrare, atât fundamentala curentului cât şi puterea activă trebuiesc măsurate în aceleaşi condiţii de test.

Semnificaţiile notaţiilor din fig. 3.3 sunt:SA – sursă de alimentare;ZS, E – impedanţa şi respectiv tensiunea de mers în gol, ale sursei;AM – echipament de măsură;ZM – impedanţa echipamentului de măsură;ET- echipamentul testat; U – tensiunea de test;

6Fig. 3.3 Schema montajului pentru măsurarea armonicilor de curent pentru echipamentele monofazate

In – armonica de ordinul n a curentului.

3.5.2. SURSELE DE ALIMENTARE

Sursele de alimentare trebuie să satisfacă câteva condiţii, astfel încât rezultatele să nu fie viciate.

1. Tensiunea de test (U) trebuie să fie egală cu tensiunea nominală a echipamentului testat, adică, 220/230V pentru echipamentele monofazate şi 380/400V pentru echipamentele trifazate. De asemenea, variaţiile tensiunii nu trebuie să depăşească + 2%, iar cele ale frecvenţei + 0.5% din valorile nominale.

2. În cazul surselor trifazate, defazajul dintre tensiunile oricăror două faze trebuie să fie 1200 + 1.50.

3. Armonicile tensiunii U, atunci când echipamentul de testat este conectat, nu trebuie să depăşească:

- 0.9 % pentru armonica de ordinul 3;- 0.4 % pentru armonica de ordinul 5;- 0.3 % pentru armonica de ordinul 7;- 0.2 % pentru armonica de ordinul 9;- 0.2 % pentru armonicile pare de la ordinul 2 la 10;- 0.1 % pentru armonicile de la ordinul 11 la 40.

4. Valoarea de vârf va fi atinsă după 870 – 930 de la trecerea prin zero, iar raportul dintre valoarea de vârf şi valoarea efectivă va fi cuprins între 1.4 – 1.42.Această ultimă cerinţă nu este necesară în cazul testării aparatelor de clasa A

sau B.

3.5.3. ECHIPAMENTELE DE MĂSURĂ

Se pot folosi orice tipuri de analizoare de undă cum ar fi aparate de analiză în domeniul frecvenţei care utilizează amplificatoare selective sau filtre pasive multiple, analizoare de spectru acordate pe frecvenţa care trebuie măsurată şi aparate de măsură în domeniul timpului care utilizează filtre digitale sau transformata Fourier discretă. Aparatele pot să fie indicatoare sau înregistratoare.

7

Fig. 3.4 Schema montajului pentru măsurarea armonicilor de curent pentru echipamentele trifazate

3.5.3.1. Cerinţe comune1. Eroarea totală de măsură nu trebuie să depăşească 5% din limitele admise

pentru arminicile de curent sau 0.2% din curentul nominal al aparatului (valoarea cea mai mare).

2. Impedanţa de intrare, ZM, a echipamentului de măsură nu trebuie să producă o cădere de tensiune mai mare de 0.15V.

3. Dacă conţinutul de armonici al curentului măsurat depăşeşte valorile limită în timpul măsurării, ele vor fi evaluate cu o procedură corespunzătoare utilizării unui filtru trece jos, de ordinul 1, având o constantă de timp de 1.5s 10%.

3.5.3.2. Cerinţe privind domeniul de frecvenţă

3.5.3.2.1. Cerinţe în cazul testării unor echipamente care produc regim armonic staţionar

1. Atenuarea minimă, pentru o singură armonică injectată, de frecvenţă fn-f1sau fn+f1, trebuie să aibă următoarele valori:

- pentru 2f1<fn 12f1 – 30 db;- pentru 12f1<fn 20f1 – 20 db;- pentru 20f1<fn 40f1 – 15 db.

2. Atenuarea trebuie să fie mai mare sau egală cu 50, pentru orice semnal de armonică unică, de frecvenţă mai mică sau egală cu 0.5 fn.

3. Atenuarea pentru un semnal de frecvenţa sursei de alimentare f1, trebuie să fie mai mică de 60db.

3.5.3.2.2. Cerinţe suplimentare pentru alte cazuri, inclusiv echipamente care produc regim armonic fluctuant

Dacă armonicile curentului măsurat au variaţii rapide în timpul măsurării, cerinţele suplimentare sunt precizate pentru cazul când echipamentul de măsură este setat pe frecvenţa fn, şi sunt:

1. Banda de frecvenţă a echipamentului folosit trebuie să fie între 3Hz şi 10Hz, deoarece o lăţime de bandă mai mare poate conduce la erori pozitive nepermise (valori măsurate mai mari).

2. În cazul în care există posibilitatea ca limitele să fie depăşite, se va utiliza un echipament de măsură având o lăţime de bandă de 3Hz 0.5Hz între punctele corespunzătoare unei atenuări de – 3dB şi o atenuare minimă de 25dB pentru un semnal având frecvenţa de (fn-15)Hz sau (fn+15)Hz.

3.5.3.3. Cerinţe impuse echipamentelor care utilizează transformata Fourier rapidă

3.5.3.3.1. Condiţii impuse dacă echipamentul testat produce regim armonic staţionar

1. Lăţimea ecranului va avea un număr întreg de perioade ale fundamentalei (T), cuprins intre 4T şi 30T.

2. Forma ecranului nu este impusă.

8

3. Totuşi, dacă ecranul este dreptunghiular, este necesară sincronizarea frecvenţei de eşantionare cu frecvenţa fundamentală f1, astfel încât, diferenţa relativă între f1 şi fsinc, cu care frecvenţa de eşantionare este sincronizată, să nu depăşească 0.03 % din f1, Dacă se utilizează un ecran Hanning, nu mai este necesară sincronizarea atât de strictă.

4. Nu se impun condiţii pentru dimensiunile sau suprapunerea a două ferestre de măsură succesive.

5. Atenuarea filtrului (anti-aliasing) trebuie să fie de cel puţin 50dB în tot domeniul frecvenţelor măsurate.

3.5.3.3.2. Cerinţe suplimentare pentru alte cazuri, inclusiv echipamente care produc regim armonic fluctuant

1. În cazul ecranelor dreptunghiulare, nu va exista gol şi nici suprapunere între două ferestre de măsură succesive (Fig. 3.5). Ferestrele de tip Hanning se vor suprapune 50% şi nu vor exista goluri între ele (Fig. 2.5). Nu sunt permise alte tipuri de ferestre.

2. Dacă există posibilitatea ca limitele să fie depăşite, se va utiliza un instrument de măsură cu un ecran a cărui lăţime să cuprindă 16 perioade ale fundamentalei, pentru ferestre rectangulare, sau 20 – 25 perioade ale fundamentalei, pentru ferestre Hanning.

9

Fig. 3.5 Forma şi aranjarea unor ferestre de timp, rectangulare

Fig. 3.6 Forma şi aranjarea unor ferestre de timp, Hanning