简介
船舶的电力系统就像一个城市的电网一样,从发电到中压配电,再到位于船舶结构各个部分的低压网络。只有像对待城市的电力系统一样对待电力系统才有意义,毕竟更大的船只包括城市可以提供的服务,以及可以与城市匹敌的人口,包括军事基地和机场。
本文将范围限制在2018年9月发布的低压电力质量标准,其中提出了中压标准(MIL-STD-1399-300-2),以处理电力系统中大于1千伏(典型的4千伏)的部分。请注意,MIL-STD-1399C是一个船舶接口标准,有许多章节作为单独的文档发布,本综述涉及低压交流电源的第300部分第1部分。一般来说,低于1kv的电压被认为是低电压。
I型是一次低压电源,定义为440或115 Vrms, 60 Hz。440vrms接口为三相或单相不接地或高阻接地。115vrms接口为三相或单相不接地或接地。除非允许有偏差,否则使用I型电源。
II型电源为440或115 Vrms, 400 Hz不接地,适用于有限的应用。
III型电源为440或115 Vrms, 400hz不接地,比II型公差更小。
为特定的应用提供了特殊的功率分类,如115/200 Vrms, 60或400 Hz用于飞机服务和运营或酒店服务,230 Vrms, 60 Hz单相用于北约负载设备。
电源可以是低压发电机或中压电源,它们分布在低压变压器和配电板上。转换设备用于创建所需的电压和频率,而不是I型电源。
电磁兼容性(EMC)不直接涵盖在标准中,但MIL-STD-461 CE101测试可用于测量与输入电流波形要求相关的失真。此外,使用线对地电容器解决EMC问题也受到限制,以确保人体接地电流不超过人员安全限制。
背景
MIL-STD-1399第300节于1978年8月推出,1987年10月修订“A”,1992年3月修订A1, 2008年4月修订“B”。2018年9月,300部分被分为低(300-1)和中(300-2)电压部分,以处理已经使用中压电源一段时间的船舶电力系统。
随着容量需求的增加,特别是对于大型容器,中压配电的需求变得明显。电力需求要求来自原动机的配电馈线支持非常大的电流负载,需要大截面积的布线。必要的长电缆运行产生了与I相关的显著电压降2线路的R损耗。使用较高电压的配电减少了主要馈线上的电流,因为所需功率的电流较低。转换到低电压可以更有效地完成附近的用户设备的个别电路。
数据项说明(DIDs)
MIL-STD-1399-300-01规定DI-EMCS-80201(当前修订版)用于测试程序内容,DI-EMCS-80200(当前修订版)用于测试报告(标准规定程序,但DID与报告相关)。DI-EMCS-80200文档引用的测试段落通常与基于测试数据的计算结果相关联。两个did都与MIL-STD-461相关联,因此提供了将“EMI”更改为“接口”的说明,并引用MIL-STD-1399-300-1来转换电能质量测试和评估的文档。
需求
当我浏览这些需求时,我将尝试扩展标准中的内容,并提供一些关于“如何”确认一致性的信息。我无意重复标准中提供的详细信息,而是补充该信息以澄清问题。
许多试验要求在试验前对试验件进行操作,直到达到热稳定性为止。当每隔30分钟测量的连续温度变化小于1°C时,就能达到热稳定性。由于正常的热上升,测量点通常在EUT内部的顶部附近。在确定温度方差时,应确保设备环境条件不影响温度方差。
1.接地
要求电源不接地,除非设备与特殊电压系统相关联。如果其中一条电源线接地,则不影响未接地设备的运行。滤波器应该是线对线的,但如果线对地电容是必要的,电容值是有限的,在基本电源频率下,线对地电流被限制在每条线30毫安。某些设备项目有例外。图1显示了基本测试配置,其中100个kΩ电阻连接到不接地的电源线与一个旁路断路器或保险丝。电源应隔离,防止公用电力线路接地。在建立EUT操作后,断路器一次接通一个,使被测线路接地。允许EUT运行足够长的时间来评估性能下降,每条测试线至少需要5分钟。如果断路器跳闸,一个接地中性点指示。每个操作模式都要重复测试。三相功率如图所示,但测试也适用于单相
图1:MIL-STD-1399-300-1地面测试配置
2.Power Profile:电源类型
根据电压/频率公差试验获得的测量结果报告资料(见下文第17段)。
3.功率配置:相位数
根据电压/频率公差试验获得的测量结果报告资料(见下文第17段)。
4.电源配置:工作频率
根据电压/频率公差试验获得的测量结果报告资料(见下文第17段)。
5.Power Profile:工作电压
根据电压/频率公差试验获得的测量结果报告资料(见下文第17段)。
6.电源配置:线路电流大小
报告的信息基于电压/频率瞬态公差试验(见下文第18段)获得的电流测量。
7.电源配置:电源
应记录确认设备在基于设备消耗的功率的指定功率类型下正常运行的信息。功率是根据工作电压乘以上面第5段和第6段记录的线路电流大小计算的,记录为千伏安(kVA)。
8.功率配置:功率因数
对于> 1kva的设备负载,功率因数应记录在功率剖面中。功率因数通常用功率分析仪测量,测量结果记录在功率剖面中。
9.功率配置:占空比
设备占空比信息应记录在功率剖面中。
10.电源配置:浪涌/涌流
浪涌/涌流测量并记录在功率剖面中。当设备通电时,在每条线上放置一个电流探头,用示波器在电源上测量峰值电流。当电源正弦波通过0度和90度时进行测量。较大的涌流应记录在功率剖面中。如果测量同步需要多个通电周期,则允许电容器在周期之间有足够的时间完全放电。
11.Power Profile: Current (Load)不平衡
使用上面第6段中记录的线路电流测量,确认相电流在不平衡公差范围内。
12.功率配置:脉冲负载
由于应用范围有限,本文省略了讨论,并在标准中提供了详细信息。
13.动力配置:斜坡加载
由于应用范围有限,本文省略了讨论,并在标准中提供了详细信息。
14.功率配置:Spike Generation
设备产生的尖峰被测量并在功率剖面中报告。在测量电压时,线对地和线对线操作设备时,可能会产生诸如通电/断电、开关负载或母线传输等瞬态。用示波器记录电源上出现的瞬态,并在电源剖面中记录瞬态测量。
15.电源配置:线地电容
线对地电容由第16段中获得的线对地电流测量值计算,通过用线对地电压除以线对地电流得出阻抗(Xc),然后用以下公式计算电容:
记录在电源配置文件中。
16.电源配置:线地电流
通过将EUT与地面隔离,将其放置在不接地的表面上,并断开地线,测量线路到地电流。在设备机箱与地面之间安装跳线,并在跳线上安装电流探头。接通电源,测量跳线电流。除以2得到线对地电流,假设线路是平衡的。在功率剖面中记录测量值。附加步骤适用于三相设备。
17.电压和频率公差
要求设备在稳定状态下,在输入电压和频率的极限公差下正常工作。在各种功率类型的标准中规定了电压和频率极值的大小。试验采用四角法进行评价,电压和频率设置为下容差,电压和频率设置为上容差,电压设置为上容差,频率设置为下容差,电压设置为下容差,频率设置为上容差。通过四个角的设置,EUT一直运行到热稳定性达到30分钟图2提供带有附加电流探头的测试配置图,以支持电压和频率瞬态容差测试。请注意,示波器是用来测量电压和频率的,所以要确保示波器测量提供了真实的RMS测量,特别是当功率波形失真时。对每条生产线和每一种操作模式重复测试。
图2:MIL-STD-1399-300-1电压/频率公差配置
18.电压和频率瞬态容差
电压和频率瞬态容差用于评估在短时间内输入功率变化大于正常值时的EUT性能。图2以上是结合使用电流探头的基本测试配置。电压和频率的大小在标准中提供了瞬态极值的持续时间。在施加瞬态之前,测试要求在正常条件下进行热稳定。如果发生暂态,在应用前测量电压频率和线路电流,然后记录暂态之前、期间和之后的这些参数。EUT应在暂态期间和之后正常运行,以显示符合要求。
19.电压峰值
电压尖峰试验用于验证EUT能够承受可能在电源线上进行的瞬变。要求在电压峰值应用之前、期间和之后进行操作。图3提供测试配置的基本草图,但请注意,各种功率类型需要对配置进行一些调整。根据计划用于测试的尖峰发生器,配置将有所不同,因此要进行配置调整以支持要使用的发生器。在测试波形之前,需要用12/50 μ秒的双指数波形验证成开路。设置指定的振幅,并记录在配置测试时使用的设置。线对线和线对地测试适用于被测线的同步,以确保在正确的相位角施加尖峰。在0度和90度角上施加5个正尖峰,然后在0度和270度角上施加5个负尖峰。
图3:MIL-STD-1399-300-1电压峰值配置
20.紧急情况:tr电源中断
短电源中断(tr)设定为70毫秒,除非船舶电源系统另有规定。被归类为关键任务的设备应不间断地运行。测试使用如图所示的配置图2其中可编程电源被设置为提供指定的电源中断,同时监控EUT的性能。在测试过程中,记录电压、频率和线路电流。
21.紧急情况:电源中断
除非船舶电力系统另有规定,延长电源中断时间(ts)为2分钟。被归类为关键任务的设备应该在没有操作员干预的情况下自动恢复运行,并且不会发生数据丢失。标准中的测试段在操作员干预方面有些模糊,但要求段不要求操作员干预。在测试过程中,应该清楚地说明关于恢复电源的接受标准。测试使用如图所示的配置图2其中可编程电源被设置为提供指定的电源中断,同时监控EUT的性能。在测试过程中,记录电压、频率和线路电流。将涌流作为记录数据的一部分。
22.紧急情况:电源衰变
发电厂原动机的损耗可能导致提供给设备的电压和频率的逐渐衰减。虽然衰减取决于原动机的类型,但该标准提供了一组基于蒸汽轮机驱动的发电机组的曲线。使用如图所示的配置图2时,可编程电源按标准中的半负载曲线运行供电图9。测试需要外推曲线,直到频率和电压为零。然而,电源可能不支持非常低的频率,因此包括将频率降低到50%以下,然后切断电源的规定。记录测试过程中的电压、频率和电流。
23.紧急情况:正向偏移
电源漂移可能发生在紧急情况下,从电力系统中移除负载,允许电压和频率增加。与上面的衰减测试一样,中所示的配置图2用于一致性测试。可编程电源用于提供高于标称电压35%的电压。测试持续时间(通常为两分钟)后,电压恢复到标称电压。EUT稳定后,在测试持续时间内,频率增加到比标称频率高12%。将频率返回到标称,然后在指定的持续时间内将电压和频率都增加到测试电平。记录测试过程中的电压、频率和线路电流。
24.电流波形
电流波形测量评估由EUT产生的谐波电流。单个谐波频率电流必须小于标准中规定的各种负载电流和频率的极限。注意,设备有多个功率输入来自同一电源的总和功率输入确定适用的极限曲线。测试配置使用电流探头,如中所示图2上面没有电压测量端口的示波器。在标称电压下测量总输入电流以得到基电流,谐波极限是基电流的指定百分比。MIL-STD-461 CE101测试方法可用来获得与当前波形极限线比较的测量结果。
25.电压和频率调制
由于负载和原动机的变化,电压和频率调制是功率分配中固有的。例如,增加负载可能导致原动机速度略微下降,使频率降低,直到调节做出调整以补偿负载。图2提供一个基本的测试配置,其中可编程电源被设置为改变电压或频率或两者。在标称频率下,电压在50 msec、500 msec、1秒和10秒的周期内从最小值到最大值变化。在移动到下一个调制周期之前,连续重复10次。没有指定变化的变化率,因此测试可以解释为在调制周期内将电压从最小值更改为最大值一次,并重复该调制周期10次。测试也可能意味着在每个调制周期内将电压从最小值变化到最大值10次。在准备测试过程时,您的方法需要清楚地记录您的方法并提交批准。在相同的调制周期内,以标称电压和从最小到最大的频率重复测试,重复10次。完成频率调制后,对每个调制周期重复测试,同时改变电压和频率。
26.模拟人体地电流
如果接地连接中断,线对地电容就会有电流流过接触设备外壳金属部件的人的风险。模拟人体接地电流测试从电击的角度评估了这种电流的危险可能性。700hz以下的频率要求小于5ma, 700hz至100khz之间的频率要求小于70ma。电流的频率范围是由两个不同的测量传感器确定的。该标准中显示了两个传感器的原理图。该标准提供了各种功率类型的测试配置图,包括计量电路的放置。测量计量电路上的电压,通过电压除以计量电路电阻来确定电流。记住,要指定True有效值电压表。此外,请注意使用的电压表应具有必要的带宽-高频测量范围高达100 kHz,因此使用20 kHz电压表将产生不正确的测量结果。
27.设备耐压
设备耐压提供两个单独的测试:1)绝缘电阻和2)有源接地检测(AGD)。在任何一种情况下,直流电压加到交流电源上,并评估设备承受该电压的能力。绝缘电阻测试在电源输入引线(输入电源断开)和设备地之间放置一个兆欧表。兆欧表电压增加到测试电平60秒。EUT要求耐受外加电压,无损坏或过弧,要求电阻为10兆欧或以上。AGD耐压测试通过在线对线交流电压上增加线对地直流电压来评估设备对最差情况下线对地电压的公差。直流测试电压的设置是为了提供包含公差因素的交流线对线。在标准中计算的测试电平,包括测试电压的公差因子。直流电压施加三分钟,同时监测EUT的正常运行,并在去除直流电压后再次验证运行。所述可编程电源可提供设置直流偏置的能力,该直流偏置可设置在测试级以完成测试。
总结
EMC和MIL-STD-1399-300-1被视为单独的要求,但都不能忽视对方,以确保船舶功能和干扰的存在。
标准中规定了许多评估,但使用可编程电源,测试可以自动化。配置相对常见,因此对测试进行排序以完成每个配置的所有测试可以最大限度地减少设置测试所花费的时间。建立和验证热稳定性所花费的必要时间往往会延长测试周期——但您不需要观察它的升温过程——只需在可预测的时间后记录和检查即可。
与许多测试一样,存在危险电压,因此确保建立良好的安全措施,特别是在处理未知的地面电流等待评估时。隔离地面系统会使测试设备有触电危险,所以要注意工作现场。
希望你会发现这些信息有用,我欢迎提问。如果您有一个与EMC相关的主题想要回顾,请告诉我,我将尝试把它放在以后文章的队列中。beplay官方免费下载
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