harmonischen Causes & Effects

harmonischen worden gedefinieerd als de inhoud van het signaal waarvan de frequentie een integraal veelvoud is van de systeemfrequentie van de fundamentals. Harmonischenstroom die door een niet-lineaire belasting wordt gegenereerd, stroomt van de belasting naar het voedingssysteem. Deze harmonische stromen degraderen de prestaties en betrouwbaarheid van het voedingssysteem en kunnen ook veiligheidsproblemen veroorzaken. Harmonischen moeten duidelijk worden gelokaliseerd, bronnen worden geïdentificeerd en corrigerende maatregelen worden genomen om deze te voorkomen.

elektrische belasting wordt ingedeeld in twee categorieën

1. lineaire belasting:deze belasting trekt spanning en stroom aan in de vorm van hoofdzakelijk sinusgolven, maar bij een gevarieerde faseverschuiving (arbeidsfactor). Voorbeeld: weerstanden, smoorspoelen, condensatoren en combinaties daarvan worden ingedeeld als lineaire belasting. Lineaire belastingen hebben een soepele, rechte en voorspelbare respons.
2. niet-lineaire belasting:voedingen in niet-lineaire belastingonttrekkingsstroom in abrupte pulsen in plaats van in gladde sinusvormige golf. Het duidt op een vervormde of plotseling veranderende reactie. Voorbeeld-moderne elektronische / elektrische apparatuur bestaande uit rectificeren, opladen /ontladen en fase controle circuits.

harmonischen: de vervorming in een sinusvormige golf wordt in het algemeen gedefinieerd in termen van verschillende harmonischencomponenten. Harmonischen worden gedefinieerd als de inhoud van het signaal waarvan de frequentie een integraal veelvoud is van de systeemfrequentie van de fundamentele. Typische harmonischen voor een 50 Hz systeem (fundamentele frequentie) zijn de 5e (250 Hz), 7e (350 Hz), 9e (450 Hz).

de harmonischen van een periodieke Golf kunnen worden weergegeven door een Fourierreeks:
f ( wt) = AO + A1coswt + A2 cos2wt + B1sinwt + B2 sin2wt + —
f(wt) = gegeven niet-sinusoïdale periodieke golfvorm met hoeksnelheid w = 2 Σ F
A0 = Const.
A1, A2, A3 – – – – een coëfficiënt van cosinus termen, n-de is de Orde van harmonische.
B1, B2,B3, – – – BN coëfficiënt van sinus termen, nth is de Orde van harmonische.

effecten van harmonischen: Harmonischenstroom die wordt gegenereerd door een niet-lineaire belastingstroom van de belasting naar het vermogenssysteem. Deze harmonischenstromen degraderen de prestaties en betrouwbaarheid van het voedingssysteem en kunnen ook veiligheidsproblemen veroorzaken. Harmonischen moeten duidelijk worden gelokaliseerd, bronnen worden geïdentificeerd en corrigerende maatregelen worden genomen om deze problemen te voorkomen. THD (totale harmonische vervorming) kan worden berekend volgens IEE – 519 standaard als:

waarbij hn de individuele harmonischen van de nde orde is.

bron van harmonischen: (1) transformatoren onder onbelaste en lichte belasting (2) verzadigde reactoren (3) Thyristergestuurde motoraandrijvingen (4) boogovens (5) Booglassers (6) Geleidingsovens (7) Gasontladende verlichting-lage druk/ hoge druk natriumdamplampen (8) hogedruk kwikdamplampen (9) CFL/fluorescerende buislampen (10) energiebesparende apparaten, bv. softstarters, elektronische ballast en ventilatorregelaars (11) gelijkrichters (12) UPS (13) statische var-compensator (14) HVDC-transmissiesysteem (15) omzetting van zonne-energie.

waarom zorgen maken over harmonischen: Spanningsvervorming is over het algemeen zeer schadelijk omdat het de effectieve piekwaarde en ook de RMS-stroom in sommige apparaten die op het netwerk zijn aangesloten, kan verhogen. Voor een condensator neemt de impedantie drastisch af omdat deze omgekeerd evenredig is met de frequentie. Onder normale omstandigheden is de spanningsvervorming in het primaire elektrische distributienet minimaal en kan vanuit praktisch oogpunt meestal worden genegeerd. Aan de andere kant is vervorming van de huidige golfvorm gebruikelijk, met name wanneer elektronische apparatuur is aangesloten op het netwerk of wanneer niet-lineaire belastingen zijn aangesloten. De huidige vervorming veroorzaakt oververhitting als gevolg van de toename van de verliezen en beïnvloedt alle elektrische machines, transformatoren enz. Dit veroorzaakt derating van apparatuur. De hoeveelheid derating zal afhangen van welke harmonischen aanwezig zijn en de grootte van de individuele stroom en weerstand.

positieve sequentie harmonische component zou een magnetisch veld, dat draait in dezelfde richting als de fundamentele genereren. Een negatieve volgorde harmonisch zou het roterende magnetische veld in de omgekeerde richting genereren. De harmonische nulreeks zou het magnetische veld in geen enkele richting draaien.

grenswaarden voor harmonische vervorming: afhankelijk van het systeemnetwerk hebben verschillende landen verschillende grenswaarden vastgesteld voor het bepalen van de tolerantieniveaus voor harmonische vervorming. De over het algemeen vastgestelde grenswaarden worden hieronder aangegeven.

het is noodzakelijk om de grenzen van de harmonischen generatie niveaus vast te stellen en verplicht te stellen aan de gebruikers. In ons land zijn er echter nog steeds geen regels op dit gebied. Het reglement geldt alleen voor variatie van de nominale spanning van ± 10% en ± 2% van de frequentie.

Harmonische stroom

Theoretische waarde van de harmonische stroom = I/h
I = fundamentele waarde van de huidige
h = Volgorde van harmonischen

Elektrische golfvorm met harmonische vervorming…

Harmonische effecten op de verschillende onderdelen

1. Transformers:De harmonischen in de transformatoren leiden tot een verhoging van de ijzer en koper verliezen. Spanningsvervorming verhoogt verliezen als gevolg van hysterese en wervelstromen en veroorzaakt overbelasting van het gebruikte isolatiemateriaal. Het primaire effect van power line harmonischen in transformator is, dus de extra warmte gegenereerd. Andere problemen zijn mogelijke resonantie tussen de transformator-inductantie en de systeemcapaciteit, thermische vermoeidheid als gevolg van temperatuurcycli en mogelijke kerntrillingen.
2. Motor en generatoren: harmonische spanning en stroom veroorzaken verhoogde verwarming in roterende machines als gevolg van extra ijzer – en koperverliezen bij harmonische frequenties. Dit verlaagt de efficiëntie van de machine en beïnvloedt het ontwikkelde koppel. De stroom van harmonische stromen in de stator induceert stroom in de rotor. Dit resulteert in rotorverwarming en pulserende of verminderde koppel. Rotorverwarming vermindert de efficiëntie en levensduur van de machines, terwijl pulserende of verminderde koppel resulteert in mechanische oscillatie waardoor asvermoeidheid en verhoogde veroudering van mechanische onderdelen ontstaan.

iii. Thyristeraandrijvingen: wisselstroom-frequentieaandrijvingen met thyrister-omzetter bij lage snelheid resulteren in het algemeen in een slechte vermogensfactor.

1. stroomkabel: normaal niveau van harmonischenstromen veroorzaakt verwarming in kabels. Kabels die betrokken zijn bij de resonantie van het systeem kunnen echter worden onderworpen aan spanningsspanning en corona, wat kan leiden tot isolatiefouten.
2. meetapparatuur: in het algemeen zullen harmonischen die in meetapparatuur van het inductietype stromen extra koppelingswegen genereren, waardoor de snelheid van de schijf en dus een duidelijke stijging van de kosten toenemen.
3. schakelapparatuur en relais:Harmonischen stroom verhoogt verwarming en verliezen in schakelapparatuur er door het verlagen van de normale stroomcapaciteit en het verkorten van het leven als gevolg van spanning spanning zekeringen vereisen derating als gevolg van de warmte gegenereerd door harmonischen.

vii. aardingssysteem en computerprestaties: in een 3-fase en neutraal systeem-Wanneer 3e harmonischen en veelvouden worden verwacht, moet de grootte van de neutrale geleider dezelfde zijn als die van de fasegeleider.
het ophangen van een Computer, het verliezen van instructies, gegevens of het misdragen van gegevens kan evenzeer worden toegeschreven aan een slechte stroomkwaliteit. De earthing van computerapparatuur moet onafhankelijk zijn en op één punt – bij voorkeur alleen op het punt van binnenkomst-in het net worden bevestigd. Multipoint aarding introduceert koppeling aan diverse andere apparatuur.

viii. communicatienetwerk: de inductiekoppeling tussen de wisselstroomoverbrengingsleidingen met harmonischen en het aangrenzende communicatienetwerk dat hoge geluidsniveaus veroorzaakt.

1. condensator: condensatoren voor de correctie van de vermogensfactor zijn altijd aanwezig in industriële installaties en worden het sterkst beïnvloed als er harmonischen aanwezig zijn. Condensatoren genereren geen harmonischen, maar zorgen voor een netwerklus voor de mogelijke resonantie. De capacitieve reactantie neemt af met de frequentie, terwijl de inductieve reactantie direct toeneemt met de frequentie. Bij de resonantiefrequentie van een inductieve capaciteit (LC) circuit, zal de inductieve reactantie gelijk zijn aan de capacitieve reactantie. In een echt elektrisch systeem dat gebruik maakt van power factor correctie condensator, zowel serie en parrelel resonantie en een combinatie van de twee kan optreden. In het geval van een serieschakeling vermindert de totale impedantie bij de resonantiefrequentie tot alleen de resistieve component van het systeem. Als deze component klein is, zullen hoge stroommagnitudes resulteren bij de resonantiefrequentie. In het geval van een parallel circuit, de totale impedantie bij de resonantiefrequentie is zeer hoog (naderen hypothetisch oneindigheid) dus, wanneer opgewekt uit zelfs een kleine bron bij de resonantiefrequentie; een hoge circulerende stroom zal stromen tussen de parallelle condensator en inductor. De spanning over de parallelle combinatie kan vrij hoog zijn. Als het resonantiepunt van een van deze of beide circuits in de buurt komt van een van de frequenties die door de harmonische bronnen in het systeem worden gegenereerd, kan het resultaat de stroom van een overmatige hoeveelheid harmonische stroom en/ of het verschijnen van een overmatige harmonische spanning zijn. Deze voorvallen kunnen problemen veroorzaken zoals condensator bank storingen; overmatige condensator zekering werking en diëlektrische afbraak van geïsoleerde kabels. In de meeste laagspanningsinstallaties kunnen de volgende richtlijnen worden gevolgd:
   1. Als de KvA van de harmonische genererende belastingen minder dan 10% van de transformator KVA rating condensator kan worden geïnstalleerd zonder zorg voor de resonantie.
   2. Als de KvA van de harmonische genererende belasting minder is dan 30% van de KvA rating en de condensator KVAR minder is dan 20% van de transformator kva rating, condensator kan worden geïnstalleerd zonder zorg voor de resonantie.
   3. Als de KvA van de harmonische genererende belasting meer dan 30% van de transformator bedraagt, moeten kva-condensatoren als filters worden toegepast.
   de bovenstaande richtlijnen zijn van toepassing wanneer transformatoren met een impedantie van 5 tot 6% worden gebruikt en de systeemimpedantie minder dan 1% is aan de basis van de transformator.

filters voor harmonischen

voor een gezonde werking van het elektriciteitssysteem dienen twee dingen als richtlijnen:

1. de consument is verantwoordelijk voor het handhaven van de huidige vervorming binnen de toegestane/aanvaardbare niveaus.
   2. De electricity board is verantwoordelijk voor het handhaven van spanningsvervorming binnen toelaatbare/aanvaardbare niveaus.
   er zijn verschillende soorten filters:
   – enkel getunede filters.
   – Hoge Pas (eerste, tweede of derde orde enz.)

een condensator met een serie reactantie kan zo worden ontworpen om af te stemmen op een bepaalde harmonische. Het biedt bijna een nul impedantie parallel pad en absorbeert een bepaalde harmonische. Bij de fundamentele frequentie helpt het ook bij de correctie van de vermogensfactor. Dus, waar filters nodig zijn, wordt een deel van de P. F. condensatorbank omgezet in een filter of filters. Een Filterbank verhoogt de kosten van condensator installatie als gevolg van extra stroomonderbrekers en reactoren.

ongewenste harmonische stroom wordt voorkomen door het gebruik van hoge serieimpedantie om deze te blokkeren of te leiden door middel van een shuntbaan met een lage impedantie.

Seriefilters moeten zijn ontworpen om volledige belastingstroom te dragen en moeten worden geïsoleerd tot volledige nominale spanning van het systeem, terwijl shuntfilters minder duur zijn en reactieve compensatie bieden in de fundamentele frequentie. Daarom wordt over het algemeen de voorkeur gegeven aan shuntfilters.