基于對(duì)電氣設(shè)備的影響的超諧波相關(guān)問(wèn)題的診斷（一）

突出

· ? 評(píng)估與四種干擾相關(guān)的超諧波的方法和公式。

· ? 研究了可聞噪聲、電纜終端、RCD 跳閘、閃爍。

· ? 考慮干擾依賴方法的超諧波評(píng)估。

· ? 確定了與干擾相關(guān)的超諧波的相關(guān)特性。

抽象

由于越來(lái)越多地使用發(fā)射 2-150 kHz 范圍內(nèi)失真的技術(shù)，超諧波 （SH） 在低壓 （LV） 和中壓 （MV） 電網(wǎng)中激增。目前，尚無(wú)評(píng)估 SH 對(duì)電氣系統(tǒng)影響的推薦做法。SH 通過(guò) LV 和 MV 電網(wǎng)的傳播會(huì)導(dǎo)致對(duì)輸電元件和最終用戶設(shè)備的干擾，例如光閃爍、電容器和電纜終端老化、可聞噪聲以及電動(dòng)汽車 （EV） 充電中斷。隨著此類事件發(fā)生的頻率越來(lái)越高，因此需要制定有助于診斷 SH 相關(guān)問(wèn)題的指南。SH 失真的不同特征會(huì)導(dǎo)致不同的干擾。本文介紹了根據(jù)干擾形態(tài)評(píng)估 SH 影響的指南。評(píng)估使用與 SH 失真特性直接相關(guān)的易于使用的方法和公式進(jìn)行。SH 的不利影響包括可聞噪聲、光閃爍、低壓剩余電流器件 （RCD） 跳閘和 MV 電纜端接故障。這項(xiàng)工作使面臨 SH 相關(guān)問(wèn)題的現(xiàn)場(chǎng)工程師和研究人員感興趣;它還可以作為進(jìn)一步研究的指南。

關(guān)鍵字 聲學(xué)噪聲電磁干擾泄漏電流電力電纜絕緣電能質(zhì)量超諧波

1. 引言

超諧波 （SH） 是 2 至 150 kHz 范圍內(nèi)的電流和電壓波形失真。它們可能由電力線通信 （PLC） 系統(tǒng)有意創(chuàng)建，也可能由電力電子轉(zhuǎn)換器無(wú)意中創(chuàng)建。在提高電力系統(tǒng)效率需求的推動(dòng)下，電力輸送模式向現(xiàn)代方案的轉(zhuǎn)變激發(fā)了導(dǎo)致 SH 在電網(wǎng)中擴(kuò)散的技術(shù)的使用[1]。在智能電網(wǎng)的背景下，智能計(jì)量和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)利用窄帶 PLC 系統(tǒng) [2]，并鼓勵(lì)安裝分布式發(fā)電以及使用可再生能源。一些國(guó)家正在進(jìn)行交通部門的電氣化 [3]、[4]。在現(xiàn)代社會(huì)，數(shù)據(jù)管理、基于云的服務(wù)以及人工智能的日益普及都需要為高性能計(jì)算負(fù)載供電。所描述的活動(dòng)涉及使用開關(guān)模式電源和基于轉(zhuǎn)換器的設(shè)備增加負(fù)載，這些開關(guān)頻率的殘余部分顯示為發(fā)射到電網(wǎng)中的 SH [5]。后者導(dǎo)致更頻繁地報(bào)告與 SH 相關(guān)的問(wèn)題，例如，在 CLC TR 50669 和 [5]、[6]、[7]、[8] 中。

發(fā)射 SH 的設(shè)備的一些示例包括：光伏逆變器、風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)汽車充電器、變速驅(qū)動(dòng)器、LED 燈、空調(diào)機(jī)組、計(jì)算機(jī)電源 [1]、[4]、[5]、[7]。參考文獻(xiàn) [9] 得出結(jié)論，SH 存在于世界不同地區(qū)的低壓 （LV） 電網(wǎng)中;SH 水平呈每日模式，白天較高;SH 的頻率也各不相同。每日模式取決于地點(diǎn)。對(duì)整個(gè) SH 范圍內(nèi)的電壓失真的量化表明，平均值在基波電壓的 0.09% 到 0.56 % 之間，盡管在持續(xù)時(shí)間不到一分鐘的情況下，它可能高達(dá) 12 %。在 [4] 中，測(cè)量了電動(dòng)汽車排放的 SH;該研究報(bào)告了 SH 頻率從 10 到 60 kHz，幅度從 30 到 1000 mA;單個(gè)設(shè)備可以發(fā)射多個(gè)頻率的 SH。參考文獻(xiàn)[10]顯示了中壓裝置中光伏逆變器發(fā)射的SH水平，其幅度高達(dá)基波電壓的2%。發(fā)射與逆變器的開關(guān)頻率及其倍數(shù)一致，并且在發(fā)電時(shí)存在。在 [11] 中，在 MV 安裝中執(zhí)行了 SH 測(cè)量活動(dòng);據(jù)報(bào)道，在 70 kV 母線排中，在 2 kHz 下幅度高達(dá) 400 V。發(fā)射是由靜態(tài)變頻器引起的，SH 水平取決于進(jìn)料網(wǎng)絡(luò)的配置和正在運(yùn)行的變頻器數(shù)量。參考文獻(xiàn) [12]、[13] 顯示了 SH 與 MV 網(wǎng)絡(luò)中

可再生能源發(fā)電廠運(yùn)行的相關(guān)性。一些組件的傳播距離約為 16 公里。

將 SH 作為電能質(zhì)量問(wèn)題的研究相對(duì)較新 [7]。缺乏對(duì) SH 的標(biāo)準(zhǔn)化和研究，在如何評(píng)估 SH 失真作為電能質(zhì)量特征的方法中留下了空白。在 SH 的不良反應(yīng)背景下，解釋了促使這項(xiàng)工作的差距：

1） 盡管之前已經(jīng)努力制定 SH 指數(shù) [14]，但關(guān)于這些指數(shù)與 SH 的不良反應(yīng)的關(guān)系存在知識(shí)差距 [15]。IEC 61000-4-19 中提供了 SH 測(cè)試的抗擾度水平;它們與不良反應(yīng)沒(méi)有直接關(guān)系。對(duì)電器進(jìn)行抗擾度測(cè)試的研究人員報(bào)告了 SH 引起的閃爍和可聞噪聲 [16]。

2） SH 的特性與其對(duì)最終用戶設(shè)備的影響之間的關(guān)系尚未制定。一些與 SH 相關(guān)的問(wèn)題涉及 [16]、[17] 中的加熱，而另一些則涉及通信協(xié)議問(wèn)題 [5]。SH 變形的不同特征會(huì)導(dǎo)致不同類型的影響。需要進(jìn)一步的工作來(lái)了解由 SH 引起的干擾的形態(tài) [15];研究正在進(jìn)行中 [17]、[18]。

3） 在與此類失真相關(guān)的問(wèn)題診斷背景下，評(píng)估 SH 水平的推薦做法尚未制定。關(guān)于如何診斷 SH 引發(fā)的問(wèn)題缺乏共識(shí)，這使得報(bào)告的問(wèn)題仍然是軼事 [19]、[20]。

因此，需要根據(jù) SH 引起的事件來(lái)評(píng)估 SH 的方法。本文開創(chuàng)了對(duì) SH 與其影響相關(guān)的特征的研究，并制定了量化和評(píng)估這些影響嚴(yán)重程度的推薦做法。這項(xiàng)工作的目的是為解決普遍接受的方法做出貢獻(xiàn)：

1） 量化 SH 的影響;

2） 與 SH 相關(guān)的問(wèn)題的診斷。

本文考慮了由 SH 引起的四種干擾：可聞噪聲、光閃爍、低壓剩余電流器件 （RCD） 的意外跳閘和 MV 電纜端接故障。解決了兩個(gè)研究問(wèn)題：

1） 與每種干擾現(xiàn)象相關(guān)的 SH 有哪些相關(guān)屬性？通過(guò)識(shí)別這些相關(guān)屬性，可以獲得用于診斷電氣系統(tǒng)中存在問(wèn)題的輸入信息。

2） 如何通過(guò)觀察決定這些影響的 SH 特征來(lái)評(píng)估 SH 的負(fù)面影響？

接下來(lái)解釋了用于回答所述問(wèn)題的方法和方法。進(jìn)行文獻(xiàn)綜述以構(gòu)建每種干擾現(xiàn)象的理論背景。進(jìn)行建模和模擬或?qū)嶒?yàn)以復(fù)制這種現(xiàn)象。開發(fā)了用于評(píng)估與每種干擾相關(guān)的 SH 的簡(jiǎn)單方法或公式。提供了這些方法的應(yīng)用示例。

本文有助于填補(bǔ)上述空白，因此：

1） 確定了與每種干擾相關(guān)的 SH 特性。

2） 介紹了量化 SH 對(duì)設(shè)備影響的公式或方法。

3） 除了對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏y(cè)量和分析外，確定問(wèn)題的內(nèi)在性，有助于診斷由 SH 引起的事件。因此，由 SH 引起的問(wèn)題可以被診斷為此類。這將鼓勵(lì)緩解策略的研究工作 向前發(fā)展。

4） 它構(gòu)成了通過(guò)評(píng)估其特性來(lái)分析 SH 和診斷問(wèn)題的指南。

5） 它構(gòu)成了負(fù)責(zé)定義 LV 和 MV 發(fā)射限值以及 MV 網(wǎng)絡(luò)兼容性水平的標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)的輸入。

在以下各節(jié)中，將分別研究與 SH 相關(guān)的四種現(xiàn)象。本文最后總結(jié)了評(píng)估建議，并討論了所取得的結(jié)果。

2. 可聞噪聲

2.1. 報(bào)告案例

可聽見(jiàn)噪聲是 SH 的“常見(jiàn)效果”之一 [5]。由于 SH 引起的可聞噪聲案例已在文獻(xiàn)中報(bào)道，并在非正式的客戶體驗(yàn)中進(jìn)行了報(bào)道。表 1 總結(jié)了文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)的一些 SH 導(dǎo)致可聞噪聲的報(bào)告。

表 1.一些報(bào)告了可聞噪聲的案例。

從表 1 中可以看出，低至 0.6 V（標(biāo)稱電源電壓為 230 V 時(shí)為 0.3 %）的 SH 電壓會(huì)引起可聞噪聲。除 [21] 中的情況外，表 1 中所示的 SH 電壓低于 IEC 61000-4-19 中的抗擾度水平。設(shè)備符合 IEC 61000-4-19 標(biāo)準(zhǔn)并不能保證其對(duì) SH 引起的可聞噪聲的抗擾度。其他研究人員也得出了后者的結(jié)論[16]。

IEC 61000-2-2 承認(rèn)，可聞噪聲可能是由至少為標(biāo)稱電壓的 0.5 % 且頻率在 1 到 9 kHz 之間的電壓引起的。

2.2. 聽力范圍

人類可以聽到 20 Hz 到 20 kHz 之間的頻率。人類的聽覺(jué)響應(yīng)與聲壓級(jí) （SPL） 不是線性的，在 1 kHz 到 7 kHz 之間敏感 [22]。年齡、以前暴露于高 SPL 和耳朵健康狀況等因素都會(huì)影響聽力敏感性 [22]。兒童可以很好地聽到高于 16 kHz 的頻率。人類聽覺(jué)對(duì)聲壓的反應(yīng)由 ISO 226 [22] 中提供的等響度級(jí)等值線表示。等值線是 SPL 與頻率平面中的一條曲線，連接著一些點(diǎn)，其坐標(biāo)代表被認(rèn)為對(duì)人類來(lái)說(shuō)同樣響亮的純音 [22]。人類聽覺(jué)閾值處的輪廓如圖 1（a） 所示。它表示“在特定條件下，一個(gè)人在重復(fù)試驗(yàn)中給出 50% 的正確檢測(cè)反應(yīng)的聲音水平”[22]。

圖 1.所開發(fā)公式的背景和應(yīng)用。

2.3. 研究的新水平

暴露于 SH 的電子設(shè)備產(chǎn)生的聲學(xué)噪聲是由于電容器和線圈上的機(jī)電效應(yīng)，例如磁致伸縮和逆壓電效應(yīng)。它們會(huì)引起機(jī)械力，從而導(dǎo)致機(jī)械振蕩?？陕勗肼暤奶匦匀Q于設(shè)計(jì)參數(shù)，例如振蕩表面的大小以及到具有振動(dòng)能力的其他部件的傳輸路徑的可用性 [18]。

根據(jù)對(duì) 103 臺(tái)大眾市場(chǎng)最終用戶設(shè)備 [18] 的測(cè)量結(jié)果，暴露于 SH 的設(shè)備產(chǎn)生的聲學(xué)噪聲水平可高達(dá) 40 dB（A）（A 加權(quán) SPL）。大約 16% 的設(shè)備具有聲音發(fā)射，根據(jù)周圍環(huán)境的不同，可能會(huì)對(duì)人類造成干擾。據(jù)報(bào)道，大約 12% 的設(shè)備發(fā)出的噪聲幾乎總是被識(shí)別出來(lái) [18]。大約 5% 的設(shè)備發(fā)出的聲音超過(guò) 32 分貝（A）;暴露于這些物質(zhì)會(huì)對(duì)人類在睡眠期間產(chǎn)生生物效應(yīng)[23]。

[18] 中的測(cè)試表明，聲音的頻率與施加的 SH 頻率一致。外加電壓幅度的線性增加導(dǎo)致 SPL 近似線性增加（以 dB（A） 為單位），但這種關(guān)系沒(méi)有得到詳細(xì)研究。實(shí)驗(yàn)還表明，SH 的幅度和 SPL 之間的關(guān)系取決于施加的頻率。在 2 kHz 和 2 kHz 下施加 10 V 將導(dǎo)致不同的 SPL，具體取決于諧振機(jī)械系統(tǒng)的特性。設(shè)備在 SH 電壓下的工作模式對(duì)其聲音發(fā)射有重大影響。從這個(gè)意義上說(shuō)，不可能推廣所有設(shè)備的諧振特性。

在另一項(xiàng)研究 [16] 中，55 臺(tái)家用設(shè)備暴露于根據(jù)免疫水平調(diào)整的 SH。大約一半的測(cè)試設(shè)備產(chǎn)生了可聞噪聲。單頻 SH 比具有等效 rms 值的 SH 頻帶產(chǎn)生更多的可聞噪聲情況。感應(yīng)設(shè)備不受影響。 懷疑該器件輸入阻抗處的串聯(lián)諧振定義了可聞噪聲的發(fā)射 [16]。

2.4. 實(shí)驗(yàn)案例研究

進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)來(lái)復(fù)制 [18] 中暗示的 SH 和 SPL 振幅之間的相關(guān)性。抽象出這種關(guān)系有助于制定相對(duì)于可聞噪聲的 SH 適應(yīng)癥。

被測(cè)設(shè)備是計(jì)算機(jī)的電源裝置。該器件暴露在疊加于電源電壓的 SH 脈沖中。注入的 SH 的特性是通過(guò)可控電源編程和生成的。使用持續(xù)時(shí)間為 3 s 的 SH 脈沖和暫停模式。每個(gè)脈沖都攜帶具有不同幅度的 SH。對(duì)一系列 3 個(gè)脈沖進(jìn)行編程。該測(cè)試針對(duì) SH 頻率進(jìn)行：6、8 和 12 kHz。該設(shè)備發(fā)出的聲音是用麥克風(fēng)測(cè)量的，麥克風(fēng)的輸出 （以 V 為單位） 與聲壓 （以 Pa 為單位） 成正比。結(jié)果如圖 2 所示。

圖 2 （a） 證實(shí)，較高的 SH 幅度會(huì)導(dǎo)致較高的聲壓。在較短的尺度 （100 ms） 上，圖 2（b） 中可以觀察到 8 kHz SH 頻率測(cè)試的 SH 分量調(diào)制。調(diào)制頻率是市電標(biāo)稱頻率的兩倍;在 [18] 中也報(bào)道了類似的現(xiàn)象。從圖 2（b） 中可以看出，聲壓遵循 SH 電壓模式：最高聲壓與最高 SH 幅度一致。

結(jié)果的量化是在時(shí)域中進(jìn)行的。錄制的音頻、電壓和電流信號(hào)在以研究頻率為中心的 800 Hz 寬帶上進(jìn)行過(guò)濾。僅量化 SH 振幅最高的區(qū)間;定義了一個(gè)振幅閾值，超過(guò)該閾值時(shí)，將計(jì)算信號(hào)的 RMS 值。結(jié)果總結(jié)在圖 2（c） 中。在圖 2（c） 中，聲壓隨電壓線性增加，根據(jù)頻率的不同，斜率不同。電流和聲音斜率在 8 kHz 和 12 kHz 時(shí)重合;電流的增加會(huì)導(dǎo)致這些頻率的聲壓等效增加。6 kHz 的結(jié)果不支持后者;使用各種設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步研究有助于定義更詳細(xì)的模型。該器件的輸入阻抗大小為：9、6 和 2哦,分別在 6、8 和 12 kHz 時(shí)。

2.5. SH 評(píng)估的建議

作者建議在可聞噪聲的情況下評(píng)估 SH 電壓的嚴(yán)重性，根據(jù)其頻率對(duì) SH 分量進(jìn)行稱重。由 SH 引起的噪聲 SPL 的頻率依賴性不能推廣到所有器件。建議根據(jù)人類聽覺(jué)特征進(jìn)行加權(quán) [圖 1（a）]，這是國(guó)際公認(rèn)的，并已經(jīng)過(guò)嚴(yán)格研究 [22]。

為了制定加權(quán)公式，以聽覺(jué)閾值處的輪廓作為參考[圖 1（a）]?？紤] 1-20 kHz 的范圍。在圖 1（a） 中，顯示了 1 kHz 和 20 kHz 之間的等值線（黑色實(shí)線）的簡(jiǎn)化。這條曲線可以在平面上通過(guò)分段函數(shù)以數(shù)學(xué)方式定義，分為三部分。定義此分段函數(shù)的坐標(biāo)是 （1 kHz， -6 dB）、（5 kHz， -6 dB）、（9 kHz， 10 dB） 和 （20 kHz， 10 dB）。加權(quán)系數(shù) /這,取決于頻率，則基于相對(duì)于水平軸鏡像的簡(jiǎn)化輪廓 [圖 1（a）] 構(gòu)建。這是因?yàn)榧訖?quán)公式應(yīng)該在人類聽覺(jué)更敏感的頻率上給予 SH 更多的權(quán)重。例如，根據(jù) [22]，由 20 kHz 的 SH 分量產(chǎn)生的 2 dB 音調(diào)比 10 kHz 的 20 dB 音調(diào)更響亮。這定義時(shí)，考慮到 20 kHz 的 SPL 和 1 kHz 的 SPL 之間的比率為 16 dB（線性刻度上為 6.3 p.u.），對(duì)于相同的感知響度（如圖 1（a） 中的簡(jiǎn)化輪廓）。這定義為 （1） 中的三個(gè)部分：(1)這={6.3如果1≤f≤510(?1620日志10(9/5)日志10(f/5)+(16/20))如果5<f≤91如果9<f≤20, f 是 SH 分量的頻率，單位為 kHz。

在下文中，假設(shè) SH 分量產(chǎn)生的音調(diào)的聲壓（以 Pa 為單位）與 SH 電壓的大小成正比（來(lái)自圖 2（c））。SH （NISH） 的噪聲嚴(yán)重性指標(biāo)在 （2） 中表述，類似于 IEEE Std. 519 中的電話影響因子 （TIF）。使用要評(píng)估的電壓信號(hào)的頻譜。根據(jù) IEC 61000-4-7 推薦的方法（盡管從 1 kHz 擴(kuò)展到 20 kHz）具有 200 Hz 頻段的頻譜是合適的，因?yàn)?nbsp;這定義在最小 4 kHz 寬度的頻帶中。(2)尼什=∑B=195(這VB跟B)2,VB是對(duì)應(yīng)于頻帶的電壓幅度 （rms）B.跟B是受影響設(shè)備的輸入阻抗的大小;目前無(wú)法確定性地定義此參數(shù)。fB是頻段的中心頻率B并替換f在 （1） 中，用于計(jì)算這.

NISH 用于比較頻率在 1 kHz 和 20 kHz 之間的多個(gè) SH 光譜或分量。NISH 對(duì) SH 失真進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試，并指示 SH 失真可能導(dǎo)致可聞噪聲。以圖 1（b） 所示的四種合成 SH 電壓分量為例。選擇 圖 1（b） 中組件的頻率來(lái)舉例說(shuō)明它們的 NISH 之間的差異。為了說(shuō)明目的，跟B假定為 1哦和頻率恒定。

3. 電纜端接故障

3.1. 報(bào)告案例

SH 范圍內(nèi)的高水平電壓失真可能導(dǎo)致 MV 裝置中電纜端接的絕緣失效 [24]。由于高頻系統(tǒng)共振，在 MV 網(wǎng)絡(luò)中可能發(fā)現(xiàn)高水平的 SH [25]。

電阻應(yīng)力分級(jí)型電纜終端故障發(fā)生在連接美國(guó)和墨西哥輸電網(wǎng)的 Eagle Pass 裝置的調(diào)試階段。一項(xiàng)調(diào)查顯示，頻率為 12.4 kHz 的電壓失真，幅度高達(dá)基波電壓的 40% [24]。這種失真由電壓源轉(zhuǎn)換器 （VSC） 發(fā)出，并被諧振放大。與不同的工業(yè)代理討論了另外兩個(gè)懷疑 SH 是電阻應(yīng)力分級(jí)終端失敗原因的案例;這些案例均未公布。所有報(bào)告案例的常見(jiàn)解決方案是用具有幾何應(yīng)力分級(jí)的端接替換端接，這意味著成本和尺寸的增加 [24]、[25]。

3.2. 了解現(xiàn)象

電纜端接中應(yīng)力分級(jí)層的功能是控制半導(dǎo)體屏蔽邊緣的高電應(yīng)力。應(yīng)力分級(jí)層的設(shè)計(jì)使電場(chǎng)均勻分布在其上。當(dāng)暴露在高于額定功率系統(tǒng)頻率的頻率下時(shí)，電場(chǎng)分布會(huì)扭曲，從而在應(yīng)力分級(jí)層和半導(dǎo)體屏蔽層之間的邊界處產(chǎn)生高應(yīng)力區(qū)域。高功率損耗發(fā)生在高應(yīng)力區(qū)域，這反過(guò)來(lái)又會(huì)在電纜端接表面產(chǎn)生熱點(diǎn)，從而加速退化 [25]。

3.3. 研究的新水平

在 [26] 中，對(duì) 6 個(gè)具有非線性應(yīng)力等級(jí)的 MV 電纜終端進(jìn)行了加速老化測(cè)試;對(duì)于其中 3 個(gè)，SH 疊加到工頻電壓上。后者中的兩個(gè)在大約五個(gè)月后失敗了;在此期間，其余四次終止均未失敗。SH 失真的頻率設(shè)置為 7.2 kHz，其峰峰值設(shè)置為工頻電壓的 15%。在 [27] 中引入了 SH 和電纜端接故障的風(fēng)險(xiǎn)指示器。該指標(biāo)基于電纜終端模型 [27] 以及之前的理論 [28] 和實(shí)驗(yàn)研究 [24]、[29]。[24] 中報(bào)告的電纜端接故障案例用作風(fēng)險(xiǎn)指示器的參考。

3.3.1. 一種簡(jiǎn)單的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

提供有關(guān)電纜終端功率損耗信息的 SH 電壓屬性是大小、VSH,和頻率，fSH。SH 的幅度和頻率越高，電纜端接中絕緣失效的可能性就越高 [24]。[27] 中的模型認(rèn)為電纜終端中的加熱與施加的電壓的頻率成線性關(guān)系，并與電壓大小的平方成正比。[27] 中引入了一種簡(jiǎn)單的評(píng)估方法，以確定給定的 SH 水平和頻率是否代表電纜端接的風(fēng)險(xiǎn)。

該評(píng)估使用頻域方法，分兩步進(jìn)行 [27]。該決定是根據(jù)每個(gè)步驟中獲得的最壞結(jié)果做出的。這是由于 SH 光譜特性的高度可變性。一些 SH 具有明確的、固定的和可識(shí)別的頻率;有些延伸到一個(gè)頻帶上。難點(diǎn)在于找到 SH 大小的可靠表示（開發(fā)這種方法超出了本文的范圍）。[27] 中提出的兩步評(píng)估旨在涵蓋不同的場(chǎng)景。

假設(shè)電壓的頻譜可用，具有從 2 到 150 kHz 的 2 kHz 分組頻段，則兩步評(píng)估如下所述。[27] 中介紹了這種評(píng)估的一個(gè)應(yīng)用示例。

將頻譜與圖 3 中所示的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行比較 SH 電壓，VSH,可以表示為額定電壓的比值，Vr一個(gè)t和d.m指示評(píng)估的個(gè)案與參考個(gè)案 （Eagle Pass） 的相似性。m=1表示 Eagle Pass 的故障發(fā)生在等效VSHVr一個(gè)t和d和fSHconditions 作為評(píng)估的 case。這些區(qū)域源于 Eagle Pass 故障條件的簡(jiǎn)化。這些區(qū)域的規(guī)格和更多詳細(xì)信息可以在 [27] 中找到。

圖 3.風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域基于m以及Eagle Pass案[27]。

功率損耗總和（基于 [30]）由計(jì)算 [27] 考慮：(3)Q上海=∑B=174VB2fBVr一個(gè)t和d2fr一個(gè)t和d,哪里VB和fB是頻段的電壓幅度和中心頻率，B.在 Eagle Pass 案中QSH?和P一個(gè)ss=20.Eagle Pass 案可以作為參考，采取保守的立場(chǎng)，m=0.25,故障風(fēng)險(xiǎn)閾值定義如下：m·QSH?和P一個(gè)ss=5.

3.4. 評(píng)估建議

電纜端接與 SH 的時(shí)間解釋是相關(guān)的。除了 [27] 中給出的總結(jié)外，[26] 中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)也提供了有關(guān)此問(wèn)題的有用信息。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，SH 不是在整個(gè)基波電壓期間連續(xù)施加，而是每 1.3 ms 以短脈沖施加。在這種情況下，兩個(gè)電纜端接失敗，其中一個(gè)顯示介損因數(shù)顯著增加。后者表明，即使脈沖短且不連續(xù)，電纜終端在長(zhǎng)時(shí)間（數(shù)月）內(nèi)承受 SH 引起的重復(fù)應(yīng)力也會(huì)導(dǎo)致過(guò)早老化。計(jì)算電纜絕緣壽命損失的方法使用 Arrhenius 方程以及隨時(shí)間變化的電流負(fù)載模式 [31]。這個(gè)推理可以應(yīng)用于 SH 未來(lái)的工作。Q上?？梢酝ㄟ^(guò)考慮每 10 分鐘計(jì)算一次的 99% 百分位值來(lái)統(tǒng)計(jì)評(píng)估。

4. 低壓剩余電流器件的跳閘

4.1. 報(bào)告案例

多個(gè)國(guó)家/地區(qū)報(bào)告了 LV 剩余電流裝置意外跳閘的案例 [3]、[19]、[32]、[33]、[34]。盡管 SH 是疑似原因，但尚未進(jìn)行系統(tǒng)研究來(lái)證實(shí)這一前提并了解有關(guān)該設(shè)備的事件機(jī)制。

在 [3] 中，接地漏電保護(hù)器件的靈敏度導(dǎo)致了電動(dòng)汽車 （EV） 充電的意外中斷。在一個(gè)案例 [35] 中，原因是換氣扇導(dǎo)致 SH 范圍內(nèi)的高共模電壓。參考資料 [32] 報(bào)告了 EV 測(cè)試實(shí)驗(yàn)室在 EV 充電期間 RCD 的意外跳閘;SH 的頻繁跳動(dòng)是可疑的原因。電動(dòng)汽車用戶報(bào)告說(shuō)，當(dāng)中性點(diǎn)到保護(hù)性接地 （N-PE） 電壓上存在高水平的 SH 時(shí)，充電過(guò)程會(huì)中斷 [19]。通信調(diào)制解調(diào)器在由不間斷電源 （UPS） 供電時(shí)出現(xiàn)多次通信故障;在相中性電壓和相地電壓上發(fā)現(xiàn)了高水平的 SH [33]。Liew in [34] 報(bào)告了剩余電流斷路器 （RCCB） 的誤跳閘。測(cè)量顯示，漏電流中有 28 kHz 分量，峰峰值為 27 mA。

4.2. 研究的新水平

參考文獻(xiàn) [36] 將高次諧波對(duì) RCD 內(nèi)部元件的影響描述為“相當(dāng)復(fù)雜和有爭(zhēng)議的”。在某些情況下，可以說(shuō)假跳閘概率的增加;在其他情況下，關(guān)于 RCD 故障（“盲目”）的危險(xiǎn)。關(guān)于諧波對(duì) RCD 影響的研究之前已經(jīng)進(jìn)行過(guò) [37]。SH 的研究還沒(méi)有達(dá)到這種程度。文獻(xiàn)中的一個(gè)常見(jiàn)結(jié)論是，剩余電流的波形對(duì) RCD 的靈敏度有影響。尖頂波形比平頂波形更容易導(dǎo)致不必要的跳閘。眾所周知，三次諧波對(duì)剩余電流的波形形狀有很大影響。在剩余電流中，三次諧波的相位角接近 180° 是最壞的情況 [37]。

根據(jù) RCD 制造商 [38]、[39] 的說(shuō)法，RCD 意外跳閘的常見(jiàn)原因之一是電流通過(guò)干擾濾波器和雜散電容泄漏到保護(hù)接地 （PE），在存在高達(dá) 20 kHz 元件的電路中;接地泄漏電流隨著頻率的增加而增加。參考文獻(xiàn) [40]顯示了 SH 通過(guò)電磁干擾 （EMI） 濾波器傳播到地面。測(cè)量驗(yàn)證了器件注入的 SH 通過(guò)其 EMI 濾波器傳播到相鄰器件的 PE，這會(huì)導(dǎo)致 PE 電流的 rms 值增加。根據(jù) [41] 的說(shuō)法，在家庭環(huán)境中，漏電流主要由 SH 組成。如今，市場(chǎng)上有各種類型的 RCD。Bfq 型和 B+ 型具有高達(dá) 20 kHz 的適應(yīng)跳閘曲線。A 型和 AC 型僅適用于 50/60 Hz 的交流電。