Armoniche Cause ed effetti

Armoniche è definito come il contenuto del segnale la cui frequenza è un multiplo integrale della frequenza di sistema dei fondamentali. Armoniche corrente generata da qualsiasi carico non lineare scorre dal carico nel sistema di alimentazione. Queste correnti armoniche degradano le prestazioni e l’affidabilità del sistema di alimentazione e possono anche causare problemi di sicurezza. Le armoniche devono essere localizzate chiaramente, le fonti identificate e le misure correttive adottate per prevenirle.

Il carico elettrico è classificato in due categorie

1. Carico lineare:tale carico disegna tensione e corrente essenzialmente in forma di onda sinusoidale ma a vari sfasamento (fattore di potenza). Esempio: resistori, induttori, condensatori e loro combinazioni sono classificati come carico lineare. I carichi lineari hanno una risposta regolare, diritta e prevedibile.
2. Carico non lineare: gli alimentatori in carico non lineare assorbono corrente in impulsi bruschi piuttosto che in onda sinusoidale liscia. Indica una risposta distorta o che cambia improvvisamente. Esempio-apparecchiature elettroniche / elettriche moderne costituite da circuiti di rettifica, carica /scarica e controllo di fase.

Armoniche: La distorsione in un’onda sinusoidale è generalmente definita in termini di vari componenti armoniche. Le armoniche sono definite come il contenuto del segnale la cui frequenza è un multiplo integrale della frequenza di sistema della fondamentale. Le armoniche tipiche per un sistema a 50 Hz (frequenza fondamentale) sono la 5a (250 Hz), la 7a (350 Hz), la 9a (450 Hz).

Le armoniche di un’onda periodica possono essere rappresentate da una serie di Fourier:
f(wt) = AO + A1coswt + A2 cos2wt + B1sinwt + B2 sin2wt + —
f (wt) = Data forma d’onda periodica non sinusoidale con velocità angolare w = 2 Σ f
A0 = Const.
A1, A2, A3 —- Un coefficiente di termini coseno, nth è l’ordine di armonica.
B1, B2, B3, — Bn coefficiente di termini sinusoidali, nth è l’ordine di armonica.

Effetti delle armoniche: la corrente delle armoniche generata da qualsiasi carico non lineare fluisce dal carico nel sistema di alimentazione. Queste correnti armoniche degradano le prestazioni e l’affidabilità del sistema di alimentazione e potrebbero anche causare problemi di sicurezza. Le armoniche devono essere localizzate chiaramente, le fonti identificate e le misure correttive adottate per prevenire questi problemi. THD (distorsione armonica totale) può essere calcolato secondo lo standard IEE-519 come:

Dove hn è le singole armoniche dell’ennesimo ordine.

Fonte di armoniche: (1) i Trasformatori, in assenza di carico e carichi di luce (2) Saturi Reattori (3) Thyrister controllato gli azionamenti del motore (4) Forni ad Arco (5) Saldatrici ad Arco (6) Conduzione Forni (7) Gas di scarico di illuminazione-pressione bassa/ alta pressione lampade a vapori di Sodio (8) ad Alta pressione lampade ai vapori di Mercurio (9) CFL/luci tubi fluorescenti (10) la conservazione dell’Energia, dispositivi ad esempio, soft starter, elettronica di zavorra e fan regolatori (11) Raddrizzatori (12) UPS (13) Static VAR compensator (14) sistema di trasmissione HVDC (15) energia Solare.

Perché preoccuparsi per le armoniche: La distorsione di tensione è generalmente molto dannosa perché può aumentare il valore di picco effettivo e anche la corrente RMS in alcuni dispositivi collegati alla rete. Per un condensatore, l’impedenza diminuisce drasticamente in quanto è inversamente proporzionale alla frequenza. In circostanze normali la distorsione di tensione nella rete di distribuzione elettrica primaria è minima e di solito può essere ignorata da un punto di vista pratico. D’altra parte la distorsione della forma d’onda corrente è comune in particolare quando le apparecchiature elettroniche sono collegate alla rete o quando sono collegati carichi non lineari. La distorsione di corrente, in generale, causa il surriscaldamento dovuto all’aumento delle perdite e colpisce tutte le macchine elettriche, trasformatori ecc. Ciò causa il declassamento delle attrezzature. La quantità di declassamento dipenderà da quali armoniche sono presenti e dalla grandezza della corrente e della resistenza individuali.

Componente armonica sequenza positiva genererebbe un campo magnetico, che ruota nella stessa direzione del fondamentale. Una sequenza armonica negativa genererebbe il campo magnetico rotante nella direzione inversa. L’armonica di sequenza zero non ruoterebbe il campo magnetico in nessuna direzione.

Limiti dei livelli armonici: a seconda della rete del sistema, vari paesi hanno adottato limiti diversi per decidere i livelli di tolleranza della distorsione armonica. Le gamme di limiti generalmente adottate sono indicate di seguito.

È necessario fissare i limiti dei livelli di generazione delle armoniche e rendere obbligatorio per gli utenti. Tuttavia, nel nostro paese ancora nessuna regolamentazione è stata fatta in questo senso. La regolazione è solo per la variazione della tensione nominale che è ± 10% e ± 2% della frequenza.

corrente Armonica

valore Teorico della corrente armonica = I/h
I = valore fondamentale della corrente
h = Ordine di armoniche

Elettrica forma d’onda distorsione armonica…

Armonica effetti sulle varie componenti

1. Trasformatori:Armoniche in trasformatori di provocare un aumento del ferro e del rame perdite. La distorsione di tensione aumenta le perdite dovute a isteresi e correnti parassite e causa un sovraccarico del materiale isolante utilizzato. L’effetto primario delle armoniche della linea elettrica nel trasformatore è, quindi il calore aggiuntivo generato. Altri problemi includono la possibile risonanza tra l’induttanza del trasformatore e la capacità del sistema, l’affaticamento termico dovuto al ciclo di temperatura e le possibili vibrazioni del nucleo.
2. Motore e generatori:Tensione e corrente armoniche causano un aumento del riscaldamento nelle macchine rotanti a causa di ulteriori perdite di ferro e rame alle frequenze armoniche. Ciò riduce l’efficienza della macchina e influisce sulla coppia sviluppata. Il flusso di correnti armoniche nello statore induce il flusso di corrente nel rotore. Ciò si traduce in riscaldamento del rotore e pulsante o coppia ridotta. Il riscaldamento del rotore riduce l’efficienza e la durata della macchina, mentre la coppia pulsante o ridotta provoca oscillazioni meccaniche che causano affaticamento dell’albero e un maggiore invecchiamento delle parti meccaniche.

iii. Azionamenti Thyrister: gli azionamenti a frequenza variabile AC con convertitore thyrister quando vengono azionati a bassa velocità, generalmente comportano un fattore di potenza scarso.

1. Cavo di alimentazione: il livello normale delle correnti armoniche causa il riscaldamento nei cavi. Tuttavia, i cavi coinvolti in condizioni di risonanza del sistema possono essere sottoposti a stress di tensione e corona, che possono portare a guasti di isolamento.
2. Apparecchiature di misurazione:In generale, le armoniche che scorrono in apparecchiature di misurazione di tipo ad induzione genereranno percorsi di accoppiamento aggiuntivi aumentando così la velocità del disco e quindi un apparente aumento dei costi.
3. Quadri e relè:Armoniche corrente aumenta il riscaldamento e le perdite in quadri lì abbassando la sua capacità di corrente normale e accorciando la vita a causa di tensione fusibili stress richiedono declassamento a causa del calore generato da armoniche.

vii. Sistema di messa a terra e prestazioni del computer: In un sistema a 3 fasi e neutro – quando si prevedono 3 ° armoniche e multipli, la dimensione del conduttore neutro dovrebbe essere la stessa dimensione della dimensione del conduttore di fase.
Computer riagganciare, perdere istruzioni, dati o comportamento anomalo può essere tanto attribuito alla scarsa qualità del potere. La messa a terra delle apparecchiature informatiche deve essere indipendente ed essere fissata alla messa a terra di rete in un punto, preferibilmente solo nel punto di ingresso. La messa a terra multipunto introduce l’accoppiamento a varie altre attrezzature.

viii. Rete di comunicazione: l’accoppiamento a induzione tra le linee di trasmissione di potenza CA contenenti armoniche e la vicina rete di comunicazione che causa elevati livelli di rumore.

1. Condensatore: I condensatori per la correzione del fattore di potenza sono sempre presenti negli impianti industriali e sono più colpiti se sono presenti armoniche. I condensatori non generano armoniche, ma forniscono loop di rete per la possibile risonanza. La reattanza capacitiva diminuisce con la frequenza mentre la reattanza induttiva aumenta direttamente con la frequenza. Alla frequenza di risonanza di qualsiasi circuito di capacità induttiva (LC), la reattanza induttiva sarà uguale alla reattanza capacitiva. In un vero e proprio sistema elettrico utilizzando condensatore di correzione del fattore di potenza, sia in serie e parrelel risonanza e una combinazione dei due può verificarsi. Nel caso di un circuito in serie, l’impedenza totale alla frequenza di risonanza si riduce solo alla componente resistiva del sistema. Se questo componente è piccolo, le grandezze di corrente elevate risulteranno alla frequenza di risonanza. Nel caso di un circuito parallelo, l’impedenza totale alla frequenza di risonanza è molto alta (avvicinandosi ipoteticamente all’infinito) quindi, quando eccitato anche da una piccola sorgente alla frequenza di risonanza; un’alta corrente circolante fluirà tra il condensatore parallelo e l’induttore. La tensione attraverso la combinazione parallela potrebbe essere piuttosto alta. Di conseguenza, se il punto di risonanza di uno o entrambi questi tipi di circuiti sembra essere vicino a una delle frequenze generate dalle sorgenti armoniche nel sistema, il risultato potrebbe essere il flusso di una quantità eccessiva di corrente armonica e/ o la comparsa di una tensione armonica eccessiva. Questi eventi possono causare problemi come i guasti della banca del condensatore; eccessivo funzionamento del fusibile del condensatore e rottura dielettrica dei cavi isolati. Nella maggior parte degli impianti a bassa tensione, è possibile seguire le seguenti linee guida:
   1. Se il KVA dei carichi generatori armoniche è inferiore al 10% del trasformatore KVA condensatore nominale può essere installato senza preoccupazione per la risonanza.
   2. Se il KVA del carico di generazione armonica è inferiore al 30% della valutazione KVA e il KVAR condensatore è inferiore al 20% della valutazione KVA trasformatore, condensatore può essere installato senza preoccupazione per la risonanza.
   3. Se il KVA del carico di generazione armonica è superiore al 30% del trasformatore, i condensatori di valutazione KVA devono essere applicati come filtri.
   Le linee guida di cui sopra sono applicabili quando si utilizzano trasformatori con impedenza dal 5 al 6% e l’impedenza del sistema è inferiore all ‘ 1% alla base del trasformatore.

Filtri per armoniche

Per un funzionamento sano del sistema di alimentazione, due cose servono come linee guida:

1. Il consumatore è responsabile del mantenimento della distorsione corrente entro i livelli consentiti / accettabili.
   2. La scheda elettrica è responsabile del mantenimento della distorsione di tensione entro i livelli consentiti / accettabili.
   Esistono diversi tipi di filtri:
   – Filtri singoli sintonizzati.
   – Passaggio alto (primo, secondo o terzo ordine ecc.)

Un condensatore con una reattanza in serie può essere progettato in modo da sintonizzarsi su una data armonica. Offre quasi un percorso parallelo a impedenza zero e assorbe una particolare armonica. Alla frequenza fondamentale, aiuta anche nella correzione del fattore di potenza. Pertanto, ovunque siano richiesti filtri, una parte della banca del condensatore PF viene convertita in un filtro o filtri. Una banca del filtro aumenta il costo dell’installazione del condensatore a causa degli interruttori e dei reattori extra.

La corrente armonica indesiderabile viene impedita dal fluire nel sistema di alimentazione mediante l’uso di impedenza ad alta serie per bloccarli o dirigerli tramite il percorso di shunt a bassa impedenza.

I filtri di serie dovrebbero essere destinati per trasportare la corrente del pieno carico e dovrebbero essere isolati a tensione nominale completa del sistema, mentre i filtri dello shunt sono meno costosi e forniscono la compensazione reattiva nella frequenza fondamentale. Pertanto, è generalmente preferibile utilizzare filtri shunt.