高調波の原因＆効果
高調波は、周波数がファンダメンタルズのシステム周波数の整数倍である信号の内容として定義されます。 非線形負荷によって発生する高調波電流は、負荷から電力システムに流れます。 これらの高調波電流は、電力システムの性能と信頼性を低下させ、安全上の問題を引き起こす可能性もあります。 高調波を明確に特定し、発生源を特定し、それらを防止するための是正措置を講じる必要があります。
電気負荷は二つのカテゴリに分類されます
- 線形負荷：このような負荷は、本質的に正弦波の形状ではなく、様々な位相シフト（力率）で電圧と電流を引き 例：抵抗、インダクタ、コンデンサ、およびそれらの組み合わせは、線形負荷として分類されます。 線形負荷に滑らかで、まっすぐで予測可能な応答があります。
- 非線形負荷:非線形負荷の電源は、滑らかな正弦波ではなく突然のパルスで電流を引きます。 それは歪んだ、または突然変化する応答を示します。 例-整流、充電/放電および位相制御回路からなる現代の電子/電気機器。
高調波：正弦波の歪みは、一般的に様々な高調波成分の観点から定義されます。 高調波は、周波数が基本波のシステム周波数の整数倍である信号の内容として定義されます。 50Hzシステム（基本周波数）の一般的な高調波は、5番目（250Hz）、7番目（350Hz）、9番目（450Hz）です。
周期波の高調波は、フーリエ級数で表すことができます。
f(wt)=AO+A1Coswt+A2cos2wt+B1Sinwt+B2sin2wt+—
f(wt)=角速度w=2≤f
A0=Constを持つ非正弦波周期
A1,A2,A3—-余弦項の係数であり、nthは高調波の次数である。
B1,B2,B3,—bn正弦項係数、nthは高調波の次数です。
高調波の影響非線形負荷によって発生する高調波電流は、負荷から電力系統に流れます。 これらの高調波電流は、電力システムの性能と信頼性を低下させ、安全上の問題を引き起こす可能性もあります。 高調波は、これらの問題を防止するために、明確に位置し、発生源を特定し、是正措置を講じる必要があります。 THD（全高調波歪み）は、次のようにIEE-519規格に従って計算することができます。:
ここで、hnはn次の個々の高調波です。
高調波の発生源: (1)無負荷および軽負荷下の変圧器(2)飽和反応器(3)サイリスター制御モータードライブ(4)アーク炉(5)アーク溶接機(6)伝導炉(7)ガス排出照明-低圧/高圧ナトリウム蒸気ランプ(8)高圧水銀蒸気ランプ(9)CFL/蛍光管ライト(10)ソフトスタータ、電子バラスト、ファンレギュレータなどの省エネルギー装置(11)整流器(12)UPS(13)静的VAR補償器(14)HVDC伝送システム(15)太陽光発電の変換。
なぜ高調波を心配するのですか: 電圧歪みは、ネットワークに接続されている一部のデバイスで実効ピーク値とRMS電流を増加させる可能性があるため、一般的に非常に有害です。 コンデンサの場合、インピーダンスは周波数に反比例するため、大幅に減少します。 通常の状況下では、一次配電網の電圧歪みは最小限であり、通常は実用的な観点から無視することができます。 一方、電流波形の歪みは、特に電子機器がネットワークに接続されている場合や非線形負荷が接続されている場合に一般的です。 電流歪みは、一般に、損失の増加による過熱の原因となり、すべての電気機械、変圧器などに影響を与えます。 これにより、機器のディレーティングが発生します。 ディレーティングの量は、どの高調波が存在するか、および個々の電流と抵抗の大きさに依存します。
正のシーケンス高調波成分は、基本波と同じ方向に回転する磁場を生成します。 負のシーケンス高調波は、逆方向に回転磁場を生成します。 ゼロシーケンス高調波は、磁場をどの方向にも回転させません。
高調波レベルの制限：システムネットワークに応じて、高調波歪みの許容レベルを決定するために、さまざまな国が異なる制限を採用しています。 一般的に採用されている制限の範囲を以下に示します。
高調波発生レベルの制限を修正し、ユーザーに必須にする必要があります。 しかし、私たちの国ではまだこの点で規制は行われていません。 規則は頻度の±10%そして±2%の評価される電圧の変化のためだけです。
高調波電流
高調波電流の理論値=I/h
I=電流の基本値
h=高調波の次数
高調波歪みを伴う電気波形…
さまざまな部品に対する高調波効果
- 変圧器：変圧器の高調波は鉄と銅の損失を増加させます。 電圧歪みは、ヒステリシスや渦電流による損失を増加させ、使用される絶縁材料の過応力を引き起こします。 従って変圧器の電力線倍音の第一次効果は、発生する付加的な熱あります。 その他の問題としては、トランスインダクタンスとシステム容量の共振、温度サイクルによる熱疲労、コア振動の可能性などがあります。
- モータと発電機：高調波電圧と電流により、高調波周波数での鉄と銅の損失が増加するため、回転機械の加熱が増加します。 これは機械効率を下げ、発達するトルクに影響を与える。 固定子内の高調波電流の流れは、回転子内の電流の流れを誘導する。 これは回転子の暖房および脈動するか、または減らされたトルクで起因する。 回転子の暖房は機械類の効率そして生命を一方脈動するか、または機械部品のシャフトの疲労そして高められた老化を引き起こす機械振動で減
iii.サイリスタードライブ:サイリスタコンバータを備えたAC可変周波数ドライブは、低速で動作すると、一般的に力率が低下します。
- 電源ケーブル:通常の高調波電流レベルでは、ケーブルが加熱されます。 但し、システム共鳴状態の下で含まれるケーブルは絶縁材の失敗をもたらす場合がある電圧圧力およびコロナに服従するかもしれません。
- 計量装置：一般に、誘導型計量装置に流れる高調波は、追加の結合経路を生成し、それによってディスクの速度を増加させ、したがってコストの明らかな
- 開閉装置とリレー:高調波電流は、通常の電流容量を低下させ、電圧ストレスヒューズによる寿命を短縮することによって、そこに開閉装置の加熱と損失を増加させ、高調波
vii.接地システムとコンピュータの性能：3相および中性システムで-3次高調波および倍数が予想される場合、中性導体のサイズは相導体のサイズと同
コンピュータがハングアップしたり、命令、データを失ったり、不正な動作をしたりすることは、電力の質の悪さに起因する可能性があります。 コンピュータ機器のEearthingは独立して、一点で接地する本管に–できれば記入項目だけで固定されるべきです。 多点接地は他のいろいろな装置にカップリングを導入する。
viii.通信ネットワーク:高調波を含む交流送電線と隣接する通信ネットワークとの間の誘導結合により、高いノイズレベルが発生します。
- コンデンサ:力率補正用のコンデンサは常に産業設備に存在し、高調波が存在すると最悪の影響を受けます。 コンデンサは高調波を発生させませんが、可能な共振のためのネットワークループを提供します。 容量性リアクタンスは周波数とともに減少し、誘導性リアクタンスは周波数とともに直接増加する。 任意の誘導容量（LC）回路の共振周波数では、誘導リアクタンスは容量性リアクタンスに等しくなります。 力率補正コンデンサを使用する実際の電気システムでは、直列共振とparrelel共振の両方と、この2つの組み合わせが発生する可能性があります。 直列回路の場合、共振周波数での総インピーダンスは、システムの抵抗成分のみに減少します。 この成分が小さい場合、共振周波数で大きな電流の大きさが生じます。 並列回路の場合、共振周波数での総インピーダンスは非常に高く（仮説的には無限大に近づく）、共振周波数で小さなソースから励起されると、並列コンデンサとインダクタの間に高い循環電流が流れます。 並列の組み合わせの両端の電圧は非常に高くなる可能性があります。 その結果、これらのタイプの回路のいずれかまたは両方の共振点が、システム内の高調波源によって生成される周波数のいずれかに近い場合、結果は過剰な量の高調波電流の流れおよび/または過剰な高調波電圧の出現が生じる可能性がある。 これらの発生はコンデンサー銀行失敗のような問題を引き起こすかもしれません;余分なコンデンサーのヒューズ操作および絶縁されたケー ほとんどの低電圧設備では、以下のガイドラインに従うことができます。
1. 高調波発生負荷のKVAが変圧器KVA定格コンデンサの10％未満であれば、共振を心配することなく設置することができます。
2. 高調波発生負荷のKVAがKVA定格の30％未満であり、コンデンサKVARが変圧器KVA定格の20％未満である場合、コンデンサは共振を心配することなく設置するこ
3. 高調波発生負荷のKVAが変圧器のKVA定格コンデンサの30％以上である場合は、フィルタとして適用する必要があります。
上記のガイドラインは、インピーダンスが5-6%の変圧器を使用し、変圧器ベースでシステムインピーダンスが1%未満の場合に適用されます。
高調波用フィルタ
電源システムの健全な動作のために、二つのことがガイドラインとして役立ちます:
- 消費者は、許容/許容レベル内で電流歪みを維持する責任があります。
2. 電気板は許された/受諾可能なレベル内の電圧ゆがみを維持するために責任がある。
フィルターにはさまざまな種類があります。
–シングルチューンフィルター。
–ハイパス（第一、第二、第三など。)
直列リアクタンスを持つコンデンサは、与えられた高調波に同調するように設計することができます。 それはほとんどゼロインピーダンス平行道を提供し、特定の倍音を吸収する。 基本周波数では、力率補正にも役立ちます。 したがって、フィルタが必要な場所では、P.F.コンデンサバンクの一部がフィルタまたはフィルタに変換されます。 フィルター銀行は余分遮断器およびリアクターのためにコンデンサーの取付けの費用を増加する。
望ましくない高調波電流は、高い直列インピーダンスを使用して電力系統に流れ込むことを防止し、それらをブロックしたり、低インピーダンスのシャントパスによってそれらを指示したりする。
シリーズフィルタは、全負荷電流を流すように設計し、システムの全定格電圧まで絶縁する必要がありますが、シャントフィルタは安価で、基本周波 従って、分路フィルターを使用することは一般に好まれます。
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