Badania nad zasadą działania i zastosowaniem testera odporności na tłumione fale oscylacyjne — studium przypadku LISUN DOW61000-18 Seria

Abstrakcja
W systemach elektroenergetycznych i przemysłowych środowiskach elektromagnetycznych przejściowe zakłócenia w postaci tłumionych fal oscylacyjnych generowanych przez operacje przełączania wysokiego napięcia i wysokościowe impulsy elektromagnetyczne (HEMP) łatwo prowadzą do nieprawidłowej pracy urządzeń elektrycznych. Tester odporności na tłumione fale oscylacyjne to specjalistyczny przyrząd do testowania EMC, opracowany zgodnie z normami GB/T 17626.18 i IEC/EN 61000-4-18. Jego podstawowa technologia opiera się na wstępnym ładowaniu kondensatorów i obwodzie rezonansowym RLC, aby odtworzyć standardowe przebiegi. LISUN DOW61000-18 W niniejszym artykule, w którym przedmiotem badań jest tester odporności na tłumione fale oscylacyjne, analizowana jest zasada działania układu i mechanizm generowania przebiegu, rozróżniane są scenariusze testowe dla wolnych i szybkich tłumionych fal oscylacyjnych oraz opisywane są funkcje testowe i praktyczne zastosowania w połączeniu z parametrami urządzeń. W artykule zamieszczono odniesienia techniczne dotyczące testowania odporności urządzeń energetycznych i nowych produktów energetycznych.

1. Wstęp
Wraz z masową budową inteligentnych sieci energetycznych, nowych elektrowni i podstacji wysokiego napięcia, środowisko elektromagnetyczne wewnątrz sieci energetycznych staje się coraz bardziej złożone. Włączanie i wyłączanie odłączników i wyłączników wysokiego napięcia, a także zakłócenia spowodowane impulsami elektromagnetycznymi wysokościowymi (HEMP), generują okresowo tłumione fale oscylacyjne na szynach zbiorczych i liniach kablowych. Takie zakłócenia przejściowe mogą być przenoszone na urządzenia wtórne wzdłuż linii energetycznych i przewodów sygnałowych, powodując nieprawidłowe działanie przekaźników, przerwy w komunikacji, awarie sterowników i inne awarie.

Aby ilościowo ocenić odporność urządzeń elektrycznych na tego typu zakłócenia, organy krajowe i zagraniczne wydały kolejno normy GB/T 17626.18 i IEC/EN 61000-4-18, które określają metody badań, parametry kształtu fali i poziomy badań odporności na tłumione fale oscylacyjne.

Jako główny instrument do takich testów, tester odporności na tłumione fale oscylacyjne może dokładnie odtworzyć przebiegi interferencyjne w warunkach laboratoryjnych. LISUN DOW61000-18 seria testerów odporności na tłumione fale oscylacyjne obejmuje dwa główne modele: podstawowy DOW61000-18 (powolny typ) i DOW61000-18F (typ szybki), który spełnia dwa typy tłumionych fal oscylacyjnych określone w odpowiednich normach. Szeroko stosowany do wykrywania urządzeń podstacji pierwotnych, urządzeń sterowania wtórnego oraz nowych szaf rozdzielczych, jest niezbędnym urządzeniem do badań EMC w przemyśle energetycznym.

2. Podstawowa zasada działania testera odporności na tłumione fale oscylacyjne
Podstawową logiką generowania przebiegów w testerze odporności na tłumione fale oscylacyjne jest wstępne ładowanie kondensatora + rezonansowe rozładowanie RLC + tłumienie rezystancyjne, co pozwala na idealne generowanie sinusoidalnych przebiegów oscylacyjnych o amplitudzie malejącej z każdym cyklem i w pełni odpowiada rzeczywistym charakterystykom zakłóceń w miejscach zasilania.

Podczas pracy urządzenia, wewnętrzna jednostka ładowania wysokiego napięcia najpierw wstępnie ładuje kondensator magazynujący energię i magazynuje energię elektryczną w postaci pola elektrycznego wewnątrz kondensatora. Gdy napięcie ładowania osiągnie nastawiony poziom testowy, przełącznik sterujący włącza się natychmiast, a kondensator magazynujący energię uwalnia energię do obwodu rezonansowego RLC, składającego się z cewki indukcyjnej (L), rezystora (R) i kondensatora (C). Idealny obwód LC może generować ciągłe, sinusoidalne drgania o jednakowej amplitudzie, podczas gdy wewnątrz obwodu tego testera szeregowo połączony jest stały rezystor tłumiący. Ze względu na zużycie energii przez rezystor, szczytowa wartość przebiegów oscylacyjnych zanika cyklicznie, tworząc ostatecznie standardowe, tłumione sinusoidalne przebiegi oscylacyjne.

W połączeniu z lokalnymi charakterystykami zakłóceń systemów elektroenergetycznych, zasada ta odpowiada dwóm warunkom pracy: wolno tłumionym falom oscylacyjnym o niskiej częstotliwości generowanym przez operacje łączeniowe odłączników stacji elektroenergetycznych wysokiego napięcia oraz szybko tłumionym falom oscylacyjnym o wysokiej częstotliwości generowanym przez operacje wyłączników i intruzję HEMP. Poprzez przełączanie parametrów obwodu oraz regulację napięcia ładowania i impedancji wyjściowej, tester odporności na tłumione fale oscylacyjne generuje dwa rodzaje przebiegów niezależnie. Dzięki wbudowanej sieci sprzęgająco-odsprzęgającej (CDN), fale oscylacyjne są wprowadzane do portów zasilania testowanego urządzenia (EUT) poprzez sprzężenie przewodzące. Po dopasowaniu ze specjalnymi modułami CDN, tester może również przeprowadzać testy portów sygnałowych i sterujących, aby kompleksowo zweryfikować odporność urządzeń na zakłócenia przejściowe.

Jeśli chodzi o wskaźniki kształtu fali, oba typy przebiegów podlegają ujednoliconym zasadom tłumienia: napięcie na szczycie piątej fali jest wyższe niż 50% napięcia na szczycie pierwszej fali, a napięcie na szczycie dziesiątej fali jest niższe niż 50% napięcia na szczycie pierwszej fali. Wskaźnik ten jest ściśle zgodny z normami krajowymi i międzynarodowymi, aby zagwarantować wiarygodność wyników testów.

DOW61000-18

3. Parametry i klasyfikacja LISUN DOW61000-18 Tester odporności na tłumione fale oscylacyjne
LISUN DOW61000-18 Seria zawiera modele testerów odporności na fale oscylacyjne o wolnej i szybkiej charakterystyce, które różnią się znacznie częstotliwością oscylacji, napięciem wyjściowym, czasem narastania, impedancją wyjściową i innymi parametrami podstawowymi. Są one odpowiednie do różnych scenariuszy zakłóceń i obiektów testowych. Szczegółowe parametry podstawowe przedstawiono w tabeli 1 poniżej.
Tabela 1 Podstawowe parametry LISUN DOW61000-18 Tester odporności na tłumione fale oscylacyjne

3.1 Tester wolno tłumionych fal oscylacyjnych (DOW61000-18)
Model ten został zaprojektowany do pomiaru zakłóceń przejściowych o niskiej częstotliwości, indukowanych przez przełączanie odłączników i odbicia od szyn zbiorczych w podstacjach. Jego częstotliwości oscylacji są ustawione na 100 kHz i 1 MHz, co odpowiada charakterystyce częstotliwościowej zakłóceń dużych podstacji wysokiego napięcia (maksymalnie 400 m szyn zbiorczych) oraz konwencjonalnych podstacji napowietrznych. Przy impedancji wyjściowej 200 Ω, częstotliwość powtarzania wynosi 40 impulsów/s i 400 impulsów/s, co jest standardowymi parametrami kompromisowymi, określonymi na podstawie odstępów między stykami przełączników i wytrzymałości urządzeń na energię. Jest on wykorzystywany głównie do testowania transformatorów mocy i urządzeń podstacji w celu oceny ich stabilności pracy w warunkach tłumionych zakłóceń oscylacyjnych o niskiej częstotliwości.

3.2 Tester szybkich tłumionych fal oscylacyjnych (DOW61000-18F)
Model ten symuluje zakłócenia o wysokiej częstotliwości generowane przez szybkie przełączanie wyłączników i impulsy elektromagnetyczne o dużej wysokości (HEMP). Częstotliwość oscylacji została zwiększona do 3 MHz, 10 MHz i 30 MHz, a czas narastania napięcia skrócony do 5 ns, co pozwala na szybszą odpowiedź przejściową. Impedancja wyjściowa została zmniejszona do 50 Ω, a maksymalny prąd zwarciowy osiąga 80 A, generując większą energię zakłóceń. Model ten jest szeroko stosowany w urządzeniach zabezpieczeń wtórnych stacji elektroenergetycznych średniego i wysokiego napięcia, szafach rozdzielczych elektrowni, inteligentnych urządzeniach pomiarowo-kontrolnych i innych precyzyjnych produktach elektronicznych w celu weryfikacji ich odporności na silne impulsy elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości.

Oba modele są wyposażone w ciekłokrystaliczne ekrany dotykowe, fabrycznie zainstalowane standardowe poziomy testowe oraz obsługują stopniową regulację napięcia. Dostarczane są z certyfikatami kalibracji CNAS ISO17025, spełniającymi laboratoryjne wymogi identyfikowalności metrologicznej. Do testowania nieekranowanych linii komunikacyjnych i sterujących, użytkownicy mogą zastosować szeregowe sieci sprzęgające i odsprzęgające CDN61000-18S, aby rozszerzyć funkcje testowania sprzęgania linia-uziemienie i linia-linia.

4. Scenariusze aplikacji i procedury testowe
4.1 Główne scenariusze zastosowań
Tester odporności na tłumione fale oscylacyjne obsługuje trzy główne sektory: sieci energetyczne, nowe źródła energii i automatykę przemysłową. W sektorze energetycznym przeprowadza on fabryczne inspekcje urządzeń pierwotnych i wtórnych w podstacjach wysokiego/średniego napięcia. W sektorze nowych źródeł energii przeprowadza testy odporności szaf rozdzielczych elektrowni fotowoltaicznych i wiatrowych oraz przetwornic magazynujących energię. W przemyśle przeprowadza on odbiory EMC urządzeń dystrybucji energii i szaf sterowniczych automatyki. Jako niezbędne urządzenia testowe do certyfikacji CE i krajowej obowiązkowej certyfikacji w Chinach (3C), są one wymagane dla produktów eksportowanych do UE i w celu uzyskania dostępu do rynku krajowego.

4.2 Podstawowe procedury testowe
• Wybór sprzętu: Wybierz odpowiedni model w zależności od środowiska pracy testowanego sprzętu. Wybierz model wolny dla podstawowego sprzętu stacji elektroenergetycznej i model szybki dla wtórnego sprzętu pomiarowo-kontrolnego i nowych urządzeń energetycznych.
• Połączenie obwodu: podłącz testowany sprzęt do wbudowanej sieci sprzęgającej/rozsprzęgającej urządzenia; dopasuj zewnętrzne dedykowane moduły CDN do testów linii sygnałowych.
• Ustawianie parametrów: Konfiguracja częstotliwości oscylacji, napięcia wyjściowego, częstotliwości powtarzania, polaryzacji impulsów i innych parametrów zgodnie z odpowiednimi normami lub specyfikacjami produktu.
• Test obciążenia: Uruchom przyrząd tak, aby wygenerował tłumione fale oscylacyjne, zastosuj ciągłe zakłócenia i obserwuj stan pracy testowanego urządzenia.
• Ocena wyniku: Wynik testu uznaje się za kwalifikowany, jeśli sprzęt działa normalnie, bez awarii, nieprawidłowego działania lub pogorszenia wydajności w przypadku zakłóceń.

5. Wniosek
Opierając się na podstawowej zasadzie wstępnego ładowania kondensatora i rezonansowego obwodu RLC, Tester odporności na tłumione fale oscylacyjne Dokładnie odtwarza typowe przebiegi zakłóceń przejściowych, w tym operacje przełączania systemów elektroenergetycznych i impulsy elektromagnetyczne na dużych wysokościach, co czyni go niezastąpionym przyrządem pomiarowym w dziedzinie kompatybilności elektromagnetycznej. LISUN DOW61000-18 Tester odporności na fale oscylacyjne z serii Damped Oscylatory Wave jest ściśle zgodny z głównymi normami krajowymi i międzynarodowymi. Dzięki klasyfikacji modeli wolnych i szybkich, regulowanym, bogatym parametrom i rozbudowanym konfiguracjom, spełnia wymagania testowe wszystkich typów urządzeń energetycznych.

W obliczu ciągłego rozwoju nowych systemów elektroenergetycznych, środowisko elektromagnetyczne sieci elektroenergetycznych staje się coraz bardziej złożone, co stawia wyższe wymagania dotyczące odporności urządzeń elektrycznych na przejściowe zakłócenia. Szerokie zastosowanie testera odporności na zakłócenia falowe z tłumieniem pozwala kontrolować parametry EMC produktów, od badań i rozwoju, przez produkcję, po łącza testowe, skutecznie zmniejszając awaryjność na miejscu oraz zapewniając bezpieczną i stabilną pracę sieci elektroenergetycznych, nowych elektrowni i systemów przemysłowych. W przyszłości, wraz z ciągłym uaktualnianiem norm kompatybilności elektromagnetycznej, testery te będą stale udoskonalane w kierunku wyższych częstotliwości, wyższego napięcia wyjściowego i inteligentnych testów.