harmonické příčiny a účinky

harmonické jsou definovány jako obsah signálu, jehož frekvence je integrálním násobkem systémové frekvence fundamentů. Harmonický proud generovaný jakýmkoli nelineárním zatížením proudí ze zátěže do energetického systému. Tyto harmonické proudy degradují výkon a spolehlivost energetického systému a mohou také způsobit bezpečnostní problém. Harmonické musí být jasně umístěny, identifikovány zdroje a přijata nápravná opatření, která jim zabrání.

elektrické zatížení je rozděleno do dvou kategorií

1. lineární zatížení: takové zatížení čerpá napětí a proud v podstatě ve tvaru sinusové vlny, ale při různém fázovém posunu(účiník). Příklad: rezistory, induktory, kondenzátory a jejich kombinace jsou klasifikovány jako lineární zatížení. Lineární zatížení mají hladkou, přímou a předvídatelnou odezvu.
2. nelineární zatížení: napájecí zdroje v nelineárním zatížení čerpají proud v náhlých impulsech spíše než v hladké sinusové vlně. Označuje zkreslenou nebo náhle měnící se odezvu. Příklad-moderní elektronická / elektrická zařízení sestávající z usměrňovacích, nabíjecích /vybíjecích a fázových řídicích obvodů.

harmonické: zkreslení v sinusové vlně je obecně definováno z hlediska různých harmonických složek. Harmonické jsou definovány jako obsah signálu, jehož frekvence je integrálním násobkem systémové frekvence základního. Typické harmonické pro systém 50 Hz (základní frekvence) jsou 5. (250 Hz), 7. (350 Hz), 9. (450 Hz).

harmonické periodické vlny mohou být reprezentovány Fourierovou řadou:
f(wt) = ao + a1coswt + A2 cos2wt + B1sinwt + B2 sin2wt + —
f(wt) = daná nesinusová periodická vlnová forma s úhlovou rychlostí w = 2 Σ f
A0 = Const.
A1, A2, A3 – – – – koeficient kosinových výrazů, nth je řád harmonických.
B1, B2, B3, — BN koeficient sinusových výrazů, nth je řád harmonických.

účinky harmonických: harmonický proud generovaný jakýmkoli nelineárním zatížením proudí ze zátěže do energetického systému. Tyto harmonické proudy snižují výkon a spolehlivost energetického systému a mohou také způsobit bezpečnostní problém. Harmonické musí být jasně umístěny, identifikovány zdroje a přijata nápravná opatření, aby se těmto problémům zabránilo. THD (celkové harmonické zkreslení) lze vypočítat podle standardu IEE-519 jako:

kde jsou HN jednotlivé harmonické n.řádu.

zdroj harmonických: (1) transformátory bez zatížení a lehkých zátěží (2) nasycené reaktory (3) Tyristerové řízené pohony motorů (4) obloukové pece (5) Obloukové svářečky (6) vodivé pece (7) osvětlení pro vypouštění plynů-nízkotlaké/ vysokotlaké sodíkové výbojky (8) vysokotlaké rtuťové výbojky (9) CFL/zářivkové trubice (10) zařízení pro úsporu energie, např. softstartéry, elektronické předřadníky a regulátory ventilátorů (11) usměrňovače (12) UPS (13) statický kompenzátor VAR (14) přenosová soustava HVDC (15) přeměna solární energie.

proč se starat o harmonické: Zkreslení napětí je obecně velmi škodlivé, protože může zvýšit efektivní špičkovou hodnotu a také RMS proud v některých zařízeních připojených k síti. U kondenzátoru impedance drasticky klesá, protože je nepřímo úměrná frekvenci. Za normálních okolností je zkreslení napětí v primární elektrické distribuční síti minimální a může být obvykle ignorováno z praktického hlediska. Na druhé straně zkreslení tvaru proudové vlny je běžné zejména při připojení elektronických zařízení k síti nebo při připojení nelineárních zátěží. Zkreslení proudu obecně způsobuje přehřátí v důsledku zvýšení ztrát a ovlivňuje všechny elektrické stroje, transformátory atd. To způsobuje deratizaci zařízení. Množství deratování bude záviset na tom, které harmonické jsou přítomny, a na velikosti individuálního proudu a odporu.

harmonická složka pozitivní sekvence by generovala magnetické pole, které se otáčí ve stejném směru jako základní. Záporná sekvence harmonická by generovala rotující magnetické pole v opačném směru. Harmonická nulová sekvence by neotáčela magnetické pole v žádném směru.

limity harmonických úrovní: v závislosti na systémové síti přijaly různé země různé limity pro rozhodování o úrovních tolerance harmonického zkreslení. Rozsahy obecně přijatých limitů jsou uvedeny níže.

je nutné stanovit limity úrovní generace harmonických a učinit povinné pro uživatele. V naší zemi však v tomto ohledu nebyly učiněny žádné předpisy. Regulace je určena pouze pro změnu jmenovitého napětí, které je ± 10% a ± 2% Frekvence.

harmonický proud

teoretická hodnota harmonického proudu = I / h
I = základní hodnota proudu
h = řád harmonických

elektrický průběh s harmonickým zkreslením…

harmonické účinky na různé komponenty

1. transformátory: harmonické v transformátorech způsobují zvýšení ztrát železa a mědi. Zkreslení napětí zvyšuje ztráty způsobené hysterezí a vířivými proudy a způsobuje přetížení použitého izolačního materiálu. Primární účinek harmonických vedení v transformátoru je, tedy dodatečné teplo generované. Mezi další problémy patří možná rezonance mezi indukčností transformátoru a kapacitou systému, tepelná únava způsobená cyklováním teplot a možné vibrace jádra.
2. Motor a generátory:harmonické napětí a proud způsobují zvýšené zahřívání v rotujících strojích v důsledku dodatečných ztrát železa a mědi při harmonických frekvencích. To snižuje účinnost stroje a ovlivňuje vyvinutý točivý moment. Tok harmonických proudů ve statoru indukuje tok proudu v rotoru. To má za následek zahřívání rotoru a pulzující nebo snížený točivý moment. Zahřívání rotoru snižuje účinnost a životnost strojního zařízení, zatímco pulzující nebo snížený točivý moment vede k mechanickému kmitání způsobujícímu únavu hřídele a zvýšené stárnutí mechanických částí.

iii. tyristerovy pohony: střídavé měniče s měničem tyristeru, pokud jsou provozovány pomalou rychlostí, mají obecně za následek špatný účiník.

1. napájecí kabel: normální úroveň harmonických proudů způsobuje zahřívání kabelů. Kabely zapojené do stavu rezonance systému však mohou být vystaveny napětí a koroně, což může vést k selhání izolace.
2. měřicí zařízení: obecně platí, že harmonické proudící v měřicím zařízení indukčního typu budou generovat další spojovací dráhy, čímž se zvýší rychlost disku a tím i zjevné zvýšení nákladů.
3. rozváděče a relé:Harmonický proud zvyšuje vytápění a ztráty v rozváděčích tím, že snižuje jeho normální proudovou kapacitu a zkracuje životnost v důsledku pojistek napěťového napětí, což vyžaduje deratizaci v důsledku tepla generovaného harmonickými.

vii. uzemňovací systém a výkon počítače: ve 3fázovém a neutrálním systému – pokud se očekávají 3. harmonické a násobky, velikost neutrálního vodiče by měla mít stejnou velikost jako velikost fázového vodiče.
zavěšení počítače, ztráta pokynů, dat nebo špatné chování lze přičíst špatné kvalitě energie. Uzemnění počítačového zařízení by mělo být nezávislé a mělo by být upevněno do síťového uzemnění v jednom bodě-nejlépe pouze v místě vstupu. Vícebodové uzemnění zavádí spojení s různými dalšími zařízeními.

viii. komunikační síť: indukční spojka mezi vedeními střídavého proudu obsahujícími harmonické a sousední komunikační sítí způsobující vysoké hladiny hluku.

1. kondenzátor: kondenzátory pro korekci účiníku jsou vždy přítomny v průmyslových zařízeních a jsou nejhůře ovlivněny, pokud jsou přítomny harmonické. Kondenzátory negenerují harmonické, ale poskytují síťovou smyčku pro možnou rezonanci. Kapacitní reaktance klesá s frekvencí, zatímco indukční reaktance se zvyšuje přímo s frekvencí. Při rezonanční frekvenci jakéhokoli indukčního kapacitního (LC) obvodu se indukční reaktance rovná kapacitní reaktanci. Ve skutečném elektrickém systému využívajícím kondenzátor pro korekci účiníku, může dojít k sériové i parrelelově rezonanci a jejich kombinaci. V případě sériového obvodu se celková impedance při rezonanční frekvenci snižuje pouze na odporovou složku systému. Pokud je tato součást malá, na rezonanční frekvenci budou mít za následek vysoké proudové veličiny. V případě paralelního obvodu je celková impedance na rezonanční frekvenci velmi vysoká (blížící se hypoteticky nekonečnu), tedy při excitaci i z malého zdroje na rezonanční frekvenci; mezi paralelním kondenzátorem a induktorem bude proudit vysoký cirkulující proud. Napětí napříč paralelní kombinací by mohlo být poměrně vysoké. V důsledku toho, v případě, že rezonanční bod jednoho nebo obou těchto typů obvodů se stane být v blízkosti jedné z frekvencí generovaných harmonických zdrojů v systému, výsledkem může být tok nadměrného množství harmonického proudu a / nebo vzhled nadměrné harmonické napětí. Tyto výskyty mohou způsobit takové problémy, jako jsou selhání kondenzátorové banky; nadměrný provoz kondenzátorové pojistky a dielektrický rozpad izolovaných kabelů. Ve většině nízkonapěťových zařízení lze dodržovat následující pokyny:
   1. Pokud je KVA harmonických generujících zátěží menší než 10% kondenzátoru hodnocení transformátoru KVA, lze jej nainstalovat bez obav o rezonanci.
   2. Pokud je KVA harmonického generujícího zatížení menší než 30% jmenovitého KVA a kondenzátor KVAR je menší než 20% jmenovitého výkonu transformátoru KVA, může být kondenzátor instalován bez obav o rezonanci.
   3. V případě, že KVA harmonické generující zatížení je více než 30% transformátoru KVA Jmenovité kondenzátory by měly být použity jako filtry.
   výše uvedené pokyny jsou použitelné, pokud se používají transformátory s 5 až 6% impedancí a impedance systému je na základně transformátoru menší než 1%.

filtry pro harmonické

pro zdravý provoz energetického systému slouží jako pokyny dvě věci:

1. spotřebitel odpovídá za udržování zkreslení proudu v přípustných / přijatelných úrovních.
   2. Elektrická deska je zodpovědná za udržování zkreslení napětí v přípustných / přijatelných úrovních.
   existují různé typy filtrů:
   – Single tuned filtry.
   – High Pass (první, 2.nebo třetí řád atd.))

kondenzátor se sériovou reaktancí může být navržen tak, aby ladil s danou harmonickou. Nabízí téměř nulovou impedanci paralelní cestu a absorbuje konkrétní harmonické. Při základní frekvenci také pomáhá při korekci účiníku. Tím pádem, všude tam, kde jsou vyžadovány filtry, část P. F. kondenzátorové banky je přeměněna na filtr nebo filtry. Filtrační banka zvyšuje náklady na instalaci kondenzátoru kvůli dalším jističům a reaktorům.

nežádoucímu harmonickému proudu je zabráněno proudit do energetického systému pomocí vysoké impedance řady k jejich blokování nebo nasměrování pomocí nízké impedanční zkrat.

filtry řady by měly být navrženy tak, aby přenášely proud při plném zatížení a měly by být izolovány na plné Jmenovité napětí systému, zatímco bočníkové filtry jsou levnější a poskytují reaktivní kompenzaci v základní frekvenci. Proto se obecně dává přednost použití bočních filtrů.