harmonikus okoz & hatások

a harmonikusokat annak a jelnek a tartalma határozza meg, amelynek frekvenciája az alapok rendszerfrekvenciájának szerves többszöröse. A nemlineáris terhelés által generált harmonikus áram a terhelésből az energiarendszerbe áramlik. Ezek a harmonikus áramok rontják az energiarendszer teljesítményét és megbízhatóságát, és biztonsági problémákat is okozhatnak. A harmonikusokat egyértelműen meg kell határozni, a forrásokat meg kell határozni, és korrekciós intézkedéseket kell hozni azok megelőzésére.

az elektromos terhelés két kategóriába sorolható

1. lineáris terhelés:az ilyen terhelés a feszültséget és az áramot lényegében szinuszhullám alakban veszi fel, de változó fáziseltolódás mellett (teljesítménytényező). Példa: az ellenállások, induktorok, kondenzátorok és ezek kombinációi lineáris terhelésnek minősülnek. A lineáris terhelések sima, egyenes és kiszámítható reakcióval rendelkeznek.
2. nemlineáris terhelés: a nemlineáris terhelésű Tápegységek hirtelen impulzusokban húznak áramot, nem pedig sima szinuszos hullámban. Torz vagy hirtelen változó választ jelez. Példa – modern elektronikus/elektromos berendezések, amelyek egyenirányító, töltő /kisütő és fázisvezérlő áramkörökből állnak.

harmonikusok: a szinuszos hullám torzulását általában különféle harmonikus komponensek alapján határozzák meg. A harmonikusokat úgy definiálják, mint a jel tartalmát, amelynek frekvenciája az alapvető rendszerfrekvenciájának szerves többszöröse. Az 50 Hz-es rendszer (alapfrekvencia) tipikus harmonikusai az 5. (250 Hz), a 7. (350 Hz), a 9. (450 Hz).

a periodikus hullám harmonikusait egy Fourier-sorozat ábrázolhatja:
f(wt) = AO + A1coswt + A2 cos2wt + B1sinwt + B2 sin2wt + – – –
f(wt) = adott nem szinuszos periodikus hullámforma szögsebességgel w = 2 Ft F
A0 = Const.
A1, A2, A3 —- a koszinusz kifejezések együtthatója, n-edik a harmonikus sorrend.
B1, B2, B3, – – – BN szinusz kifejezések együtthatója, n-edik a harmonikus sorrend.

a harmonikusok hatásai: a nemlineáris terhelés által generált harmonikus áram a terhelésből az energiarendszerbe áramlik. Ezek a harmonikus áramok rontják az energiarendszer teljesítményét és megbízhatóságát, és biztonsági problémákat is okozhatnak. A harmonikusokat egyértelműen meg kell határozni, a forrásokat meg kell határozni, és korrekciós intézkedéseket kell hozni e problémák megelőzése érdekében. A THD (teljes harmonikus torzítás) az IEE-519 szabvány szerint kiszámítható:

ahol hn az n-edik rend egyedi harmonikusai.

harmonikusok forrása: (1) transzformátorok terhelés nélkül és kis terhelés mellett (2) telített reaktorok (3) Tiriszteres motorhajtások (4) ívkemencék (5) Ívhegesztők (6) Vezetőkemencék (7) gázkisüléses világítás-alacsony nyomású/ nagynyomású Nátriumgőzlámpák (8) nagynyomású Higanygőzlámpák (9) CFL/fénycsövek (10) energiatakarékossági eszközök, pl. Lágyindítók, elektronikai előtét és ventilátorszabályozók (11) egyenirányítók (12) UPS (13) statikus VAR kompenzátor (14) HVDC átviteli rendszer (15) napenergia átalakítás.

miért kell aggódni a harmonikusok miatt: A feszültség torzulása általában nagyon káros, mert növelheti a tényleges csúcsértéket, valamint az RMS áramot a hálózathoz csatlakoztatott egyes eszközökben. Kondenzátor esetén az impedancia drasztikusan csökken, mivel fordítottan arányos a frekvenciával. Normál körülmények között a feszültség torzulása az elsődleges elektromos elosztó hálózatban minimális, és gyakorlati szempontból általában figyelmen kívül hagyható. Másrészt az áramhullám alakjának torzulása gyakori, különösen akkor, ha elektronikus berendezés csatlakozik a hálózathoz, vagy ha nemlineáris terhelések vannak csatlakoztatva. Az áramtorzítás általában a veszteségek növekedése miatt túlmelegedést okoz, és minden elektromos gépet, transzformátort stb. Ez a berendezés leértékelődését okozza. A csökkentés mértéke attól függ, hogy mely harmonikusok vannak jelen, és az egyes áram és ellenállás nagysága.

pozitív szekvencia harmonikus komponens mágneses mezőt hozna létre, amely ugyanabba az irányba forog, mint az alapvető. A negatív szekvencia harmonikus a forgó mágneses mezőt fordított irányban generálná. A nulla szekvencia harmonikus nem forgatná a mágneses mezőt semmilyen irányba.

a harmonikus szintek határai: a rendszerhálózattól függően a különböző országok különböző korlátokat fogadtak el a harmonikus torzítás toleranciaszintjének meghatározására. Az általánosan elfogadott határértékeket az alábbiakban mutatjuk be.

meg kell határozni a harmonikus generációs szintek korlátait, és kötelezővé kell tenni a felhasználók számára. Hazánkban azonban még mindig nem született szabályozás ebben a tekintetben. A szabályozás csak a névleges feszültség változására vonatkozik, amely a frekvencia 10% – A és 2% – a.

harmonikus áram

a harmonikus áram elméleti értéke = I / h
I = az áram alapvető értéke
h = a harmonikusok sorrendje

elektromos hullámforma harmonikus torzítással…

harmonikus hatások különböző alkatrészek

1. transzformátorok: harmonikus transzformátorok növekedését okozza a vas és a réz veszteségeket. A feszültség torzulása növeli a hiszterézis és örvényáramok okozta veszteségeket, és a felhasznált szigetelőanyag túlterhelését okozza. A transzformátorban a távvezeték-harmonikusok elsődleges hatása, így a további hő keletkezik. További problémák közé tartozik a transzformátor induktivitása és a rendszer kapacitása közötti lehetséges rezonancia, a hőmérsékleti ciklusok miatti termikus fáradtság és az esetleges magrezgések.
2. motorok és generátorok:a harmonikus feszültség és áram fokozott fűtést okoz a forgó gépekben a harmonikus frekvenciákon fellépő további vas-és rézveszteségek miatt. Ez csökkenti a gép hatékonyságát és befolyásolja a kifejlesztett nyomatékot. A harmonikus áramok áramlása az állórészben áramáramot indukál a rotorban. Ez rotorfűtést, pulzáló vagy csökkentett nyomatékot eredményez. A rotorfűtés csökkenti a gép hatékonyságát és élettartamát, míg a pulzáló vagy csökkentett nyomaték mechanikai rezgést eredményez, ami a tengely fáradtságát és a mechanikus alkatrészek fokozott öregedését okozza.

iii. Thyrister meghajtók: AC változtatható frekvenciájú meghajtók thyrister átalakítóval, ha lassú sebességgel működtetik, általában gyenge teljesítménytényezőt eredményeznek.

1. tápkábel:a harmonikus áramok normál szintje fűtést okoz a kábelekben. A rendszer rezonancia állapotában érintett kábelek azonban feszültségfeszültségnek és koronának lehetnek kitéve, ami szigetelés meghibásodásához vezethet.
2. mérőberendezések: általában az indukciós típusú mérőberendezésekben áramló harmonikusok további kapcsolási útvonalakat generálnak, ezáltal növelve a lemez sebességét, és ezáltal a költségek nyilvánvaló növekedését.
3. kapcsolóberendezések és relék:A harmonikus áram növeli a fűtést és a veszteségeket a kapcsolóberendezésekben azáltal, hogy csökkenti a normál áramkapacitást és lerövidíti az élettartamot a feszültségfeszültség miatt.

vii. földelő rendszer és a számítógép teljesítménye: 3 fázisú és semleges rendszerben – ha 3.harmonikusok és többszörösek várhatók, a semleges vezető méretének meg kell egyeznie a fázisvezető méretével.
a számítógép letétele, az utasítások elvesztése, az adatok vagy a helytelen viselkedés ugyanúgy tulajdonítható a rossz minőségű energiának. A számítástechnikai berendezések földelésének függetlennek kell lennie, és a hálózati földeléshez egy ponton kell rögzíteni – lehetőleg csak a belépési ponton. A többpontos földelés bevezeti a csatlakozást különféle egyéb berendezésekhez.

viii. kommunikációs hálózat: a harmonikusokat tartalmazó váltakozó áramú távvezetékek és a szomszédos kommunikációs hálózat közötti, magas zajszintet okozó indukciós kapcsolás.

1. kondenzátor:a teljesítménytényező korrekciójára szolgáló kondenzátorok mindig jelen vannak az ipari létesítményekben, és a harmonikusok jelenléte esetén a leginkább érintettek. A kondenzátorok nem generálnak harmonikusokat, hanem hálózati hurkot biztosítanak a lehetséges rezonanciához. A kapacitív reaktancia a frekvenciával csökken, míg az induktív reaktancia a frekvenciával közvetlenül növekszik. Bármely induktív kapacitás (LC) áramkör rezonáns frekvenciáján az induktív reaktancia megegyezik a kapacitív reaktanciával. Egy tényleges elektromos rendszerben, amely teljesítménytényező-korrekciós kondenzátort használ, mind a Soros, mind a parrelel rezonancia, valamint a kettő kombinációja előfordulhat. Soros áramkör esetén a teljes impedancia a rezonáns frekvencián csak a rendszer ellenálló komponensére csökken. Ha ez az összetevő kicsi, akkor a rezonáns frekvencián nagy áramerősség alakul ki. Párhuzamos áramkör esetén a teljes impedancia a rezonáns frekvencián nagyon magas (hipotetikusan közeledik a végtelenhez), így ha a rezonáns frekvencián még egy kis forrásból is gerjesztik; nagy keringő áram áramlik a párhuzamos kondenzátor és az induktor között. A párhuzamos kombináció feszültsége meglehetősen magas lehet. Következésképpen, ha az egyik vagy mindkét típusú áramkör rezonanciapontja közel áll a rendszerben lévő harmonikus források által generált frekvenciák egyikéhez, az eredmény túlzott mennyiségű harmonikus áram áramlása és/ vagy túlzott harmonikus feszültség megjelenése lehet. Ezek az események olyan problémákat okozhatnak, mint a kondenzátor bank meghibásodása; a kondenzátor biztosíték túlzott működése és a szigetelt kábelek dielektromos lebontása. A legtöbb kisfeszültségű berendezésben a következő irányelvek követhetők:
   1. Ha a harmonikus generáló terhelések KVA-ja kevesebb, mint a transzformátor kVA névleges kondenzátorának 10% – A telepíthető a rezonancia aggodalma nélkül.
   2. Ha a harmonikus generáló terhelés KVA-ja kevesebb, mint a KVA névleges érték 30% – a, A kondenzátor KVAR pedig kevesebb, mint a transzformátor KVA névleges értékének 20% – a, akkor a kondenzátor a rezonancia aggodalma nélkül telepíthető.
   3. Ha a harmonikus generáló terhelés KVA-ja meghaladja a transzformátor kVA névleges kondenzátorainak 30% – át, szűrőként kell alkalmazni.
   a fenti irányelvek akkor alkalmazhatók, ha 5-6% impedanciájú transzformátorokat használnak, és a rendszer impedanciája kevesebb, mint 1% A transzformátor alján.

harmonikus szűrők

az energiaellátó rendszer egészséges működéséhez két dolog szolgál iránymutatásként:

1. a fogyasztó felelős az áramtorzítás megengedett/elfogadható szinten tartásáért.
   2. A villamosenergia-kártya felelős a feszültség torzulásának megengedett/elfogadható szinten tartásáért.
   különböző típusú szűrők vannak:
   – egyetlen hangolt szűrők.
   – High Pass (első, 2. vagy harmadik rend stb.)

a Soros reaktanciájú kondenzátort úgy lehet megtervezni, hogy egy adott harmonikusra hangoljon. Szinte nulla impedanciájú párhuzamos utat kínál, és elnyel egy adott harmonikát. Az alapfrekvencián segít a teljesítménytényező korrekciójában is. Így, ahol szűrőkre van szükség, a P. F. kondenzátor bank egy részét szűrővé vagy szűrőkké alakítják át. A szűrőbank növeli a kondenzátor telepítésének költségeit az extra megszakítók és reaktorok miatt.

a nemkívánatos harmonikus áram nagy soros impedanciával megakadályozza az áramellátó rendszerbe való beáramlását, hogy blokkolja őket, vagy alacsony impedanciájú sönt út segítségével irányítsa őket.A

sorozatú szűrőket úgy kell megtervezni, hogy teljes terhelési áramot szállítsanak, és a rendszer teljes névleges feszültségére szigetelni kell, míg a sönt szűrők olcsóbbak és reaktív kompenzációt biztosítanak az alapfrekvenciában. Ezért általában előnyös a sönt szűrők használata.