harmoniske årsager og effekter

harmoniske er defineret som indholdet af signalet, hvis frekvens er et integreret multiplum af systemfrekvensen af fundamentet. Harmoniske strøm genereret af enhver ikke-lineær belastning strømmer fra belastningen ind i elsystemet. Disse harmoniske strømme forringer elsystemets ydeevne og pålidelighed og kan også forårsage sikkerhedsproblemer. Harmoniske skal være tydeligt placeret, kilder identificeret og korrigerende foranstaltninger truffet for at forhindre dem.

elektrisk belastning er kategoriseret under to kategorier

1. lineær belastning:sådan belastning trækker spænding og strøm i det væsentlige sinusbølgeform, men ved varieret faseforskydning (effektfaktor). Eksempel: modstande, induktorer, kondensatorer og deres kombinationer klassificeres som lineær belastning. Lineære belastninger har en jævn, lige og forudsigelig respons.
2. ikke-lineær belastning:strømforsyninger i ikke-lineær belastning trækker strøm i pludselige impulser snarere end i glat sinusformet bølge. Det indikerer forvrænget eller pludselig skiftende respons. Eksempel-moderne elektronisk / elektrisk udstyr bestående af ensretter, opladning /afladning og fase styrekredsløb.

harmoniske: forvrængningen i en sinusformet bølge defineres generelt i form af forskellige harmoniske komponenter. Harmoniske er defineret som indholdet af signal, hvis frekvens er et integreret multiplum af systemfrekvensen af det grundlæggende. Typiske harmoniske for et 50 HS-system (grundfrekvens) er 5. (250 HS), 7. (350 HS), 9. (450 HS).

harmonikerne for en periodisk bølge kan repræsenteres af en Fourier-serie:
f(vægt) = AO + a1vægt + A2 cos2vægt + B1vægt + B2 sin2vægt + —
f(vægt) = givet ikke-sinusformet periodisk bølgeform med vinkelhastighed V = 2 liter f
A0 = Const.
A1, A2, A3 —- en koefficient for cosinus vilkår, nth er rækkefølgen af harmonisk.
B1, B2, B3, — Bn koefficient for sinus vilkår, nth er rækkefølgen af harmonisk.

effekter af harmoniske: harmoniske strøm genereret af enhver ikke-lineær belastning strømmer fra belastningen ind i elsystemet. Disse harmoniske strømme forringer elsystemets ydeevne og pålidelighed og kan også forårsage sikkerhedsproblemer. Harmoniske skal være tydeligt placeret, kilder identificeret og korrigerende foranstaltninger truffet for at forhindre disse problemer. THD (Total harmonisk forvrængning) kan beregnes som pr IEE-519 standard som:

hvor hn er de individuelle harmoniske af nth order.

kilde til harmoniske: (1) transformatorer uden belastning og lette belastninger (2) mættede reaktorer (3) Tyristerstyrede motordrev (4) lysbueovne (5) Lysbuesvejsere (6) Ledningsovne (7) gasudladningsbelysning-lavtryks-/ Højtryksnatriumdamplamper (8) højtryks Kviksølvdamplamper (9) CFL/lysstofrørlamper (10) energibesparelsesanordninger f.eks. bløde startere, elektronik ballast og ventilatorregulatorer (11) ensrettere (12) UPS (13) statisk var-kompensator (14) HVDC-transmissionssystem (15) solenergi konvertering.

hvorfor bekymre sig for harmoniske: Spændingsforvrængning er generelt meget skadelig, fordi den kan øge den effektive topværdi og også RMS-strømmen i nogle enheder, der er tilsluttet netværket. For en kondensator falder impedansen drastisk, da den er omvendt proportional med frekvensen. Under normale omstændigheder er spændingsforvrængningen i det primære elektriske distributionsnet minimal og kan normalt ignoreres fra et praktisk synspunkt. På den anden side er forvrængning af strømbølgeform almindelig, især når elektronisk udstyr er tilsluttet netværket, eller når ikke-lineære belastninger er tilsluttet. Nuværende forvrængning forårsager generelt overophedning på grund af stigning i tabene og påvirker alle elektriske maskiner, transformere osv. Dette medfører forringelse af udstyr. Mængden af derating vil afhænge af, hvilke harmoniske der er til stede, og størrelsen af den individuelle strøm og modstand.

positiv sekvens harmonisk komponent ville generere et magnetfelt, der roterer i samme retning som det grundlæggende. En negativ sekvens harmonisk ville generere det roterende magnetfelt i omvendt retning. Nulsekvensen harmonisk ville ikke rotere magnetfeltet i nogen retning.

grænser for harmoniske niveauer: afhængigt af systemnetværket har forskellige lande vedtaget forskellige grænser for at bestemme toleranceniveauerne for harmonisk forvrængning. De grænser, der generelt er vedtaget, er angivet nedenfor.

det er nødvendigt at fastsætte grænserne for harmoniske generationsniveauer og gøre det obligatorisk for brugerne. Men i vores land er der stadig ingen regler i denne henseende. Reguleringen gælder kun for variation af nominel spænding, der er 10% og 2% af frekvensen.

harmonisk strøm

teoretisk værdi af den harmoniske strøm = i / h
I = grundlæggende værdi af strømmen
h = rækkefølge af harmoniske

elektrisk bølgeform med harmonisk forvrængning…

harmoniske effekter på forskellige komponenter

1. transformere:harmoniske i transformere forårsager en stigning i jern-og kobbertab. Spændingsforvrængning øger tab som følge af hysterese og hvirvelstrømme og forårsager overbelastning af det anvendte isoleringsmateriale. Den primære effekt af strømledningsharmonier i transformeren er således den ekstra varme, der genereres. Andre problemer inkluderer mulig resonans mellem transformatorinduktansen og systemkapacitansen, termisk træthed på grund af temperaturcykling og mulige kernevibrationer.
2. Motor og generatorer:harmonisk spænding og strøm forårsager øget opvarmning i roterende maskiner på grund af yderligere jern-og kobbertab ved harmoniske frekvenser. Dette sænker maskinens effektivitet og påvirker det udviklede drejningsmoment. Strømmen af harmoniske strømme i statoren inducerer strømstrøm i rotoren. Dette resulterer i rotoropvarmning og pulserende eller reduceret drejningsmoment. Rotoropvarmning reducerer maskinens effektivitet og levetid, mens pulserende eller reduceret drejningsmoment resulterer i mekanisk svingning, der forårsager akseludmattelse og øget aldring af mekaniske dele.

iii. Thyrister-drev: AC-frekvensdrev med thyrister-konverter, når de betjenes med langsom hastighed, resulterer generelt i dårlig effektfaktor.

1. strømkabel:normalt niveau af harmoniske strømme forårsager opvarmning i kabler. Kabler, der er involveret under systemresonans tilstand, kan dog udsættes for spændingsspænding og corona, hvilket kan føre til isolationsfejl.
2. måleudstyr:generelt vil harmoniske strømme i induktionstype måleudstyr generere yderligere koblingsstier, hvorved diskens hastighed øges og dermed en tilsyneladende stigning i omkostningerne.
3. koblingsudstyr og relæ:Harmoniske strøm øger opvarmning og tab i koblingsudstyr der ved at sænke sin normale strømkapacitet og forkorte levetiden på grund af spændingsspændingssikringer kræver derating på grund af varmen genereret af harmoniske.

vii. jordingssystem og computerydelse: i et 3 – faset og neutralt system-når der forventes 3.harmoniske og multipla, skal den neutrale lederstørrelse være den samme størrelse som faselederstørrelsen.
Computer hængende op, miste instruktioner, data eller opfører sig forkert kan lige så meget tilskrives dårlig strømkvalitet. Earthing af computerudstyr skal være uafhængig og fastgøres i elnettet på et tidspunkt – helst kun ved indgangspunktet. Multipoint jordforbindelse introducerer kobling til forskellige andre udstyr.

viii. kommunikationsnetværk: induktionskoblingen mellem vekselstrømstransmissionsledningerne, der indeholder harmoniske, og det tilstødende kommunikationsnetværk, der forårsager høje støjniveauer.

1. kondensator:kondensatorer til effektfaktorkorrektion er altid til stede i industrielle installationer og påvirkes hårdest, hvis harmoniske er til stede. Kondensatorer genererer ikke harmoniske, men giver netværkssløjfe til den mulige resonans. Kapacitiv reaktans falder med frekvens, mens induktiv reaktans stiger direkte med frekvens. Ved resonansfrekvensen for ethvert induktivt kapacitans (LC) kredsløb vil den induktive reaktans svare til den kapacitive reaktans. I et faktisk elektrisk system ved hjælp af effektfaktorkorrektionskondensator kan både Serie-og parrelelresonans og en kombination af de to forekomme. I tilfælde af et seriekredsløb reduceres den totale impedans ved resonansfrekvensen til kun den resistive komponent i systemet. Hvis denne komponent er lille, vil høje strømstørrelser resultere i resonansfrekvensen. I tilfælde af et parallelt kredsløb er den totale impedans ved resonansfrekvensen meget høj (nærmer sig hypotetisk uendelighed) således, når den ophidses fra endda en lille kilde ved resonansfrekvensen; en høj cirkulationsstrøm vil strømme mellem den parallelle kondensator og induktoren. Spændingen over den parallelle kombination kan være ret høj. Følgelig, hvis resonanspunktet for en eller begge disse typer kredsløb tilfældigvis er tæt på en af frekvenserne genereret af de harmoniske kilder i systemet, kan resultatet strømmen af overdreven mængde harmonisk strøm og/ eller udseendet af overdreven harmonisk spænding. Disse forekomster kan forårsage sådanne problemer som kondensator bank fiaskoer; overdreven kondensator sikring drift og dielektrisk nedbrydning af isolerede kabler. I de fleste lavspændingsinstallationer kan følgende retningslinjer følges:
   1. Hvis KVA af de harmoniske genererende belastninger er mindre end 10% af transformeren KVA rating kondensator kan installeres uden bekymring for resonans.
   2. Hvis KVA for den harmoniske genererende belastning er mindre end 30% af KVA-klassificeringen, og kondensatorkvarteret er mindre end 20% af transformatorens KVA-vurdering, kan kondensator installeres uden bekymring for resonansen.
   3. Hvis KVA af den harmoniske genererende belastning er mere end 30% af transformeren KVA rating kondensatorer bør anvendes som filtre.
   ovenstående retningslinjer gælder, når transformatorer med 5 til 6% impedans anvendes, og systemimpedansen er mindre end 1% ved transformatorbasen.

filtre til harmoniske

for sund drift af elsystemet tjener to ting som retningslinjer:

1. forbrugeren er ansvarlig for at opretholde nuværende forvrængning inden for tilladte/acceptable niveauer.
   2. Elektricitetskortet er ansvarligt for at opretholde spændingsforvrængning inden for tilladte/acceptable niveauer.
   der findes forskellige typer filtre:
   – enkeltindstillede filtre.
   – High Pass (første, 2.eller tredje ordre osv.)

en kondensator med en seriereaktans kan designes således, at den indstilles til en given harmonisk. Det tilbyder næsten en nul impedans parallel sti og absorberer en bestemt harmonisk. Ved den grundlæggende frekvens hjælper det også med korrektion af effektfaktor. Således, hvor filtre er påkrævet, omdannes en del af P. F. kondensatorbanken til et filter eller filtre. En filterbank øger omkostningerne ved kondensatorinstallation på grund af ekstra afbrydere og reaktorer.

uønsket harmonisk strøm forhindres i at strømme ind i elsystemet ved hjælp af høj serieimpedans for at blokere dem eller lede dem ved hjælp af shunt-sti med lav impedans.

Seriefiltre skal være designet til at bære fuld belastningsstrøm og skal isoleres til systemets fulde nominelle spænding, mens shuntfiltre er billigere og giver reaktiv kompensation i grundlæggende frekvens. Derfor foretrækkes det generelt at bruge shuntfiltre.