harmoniczne przyczyny i skutki

harmoniczne definiuje się jako zawartość sygnału, którego częstotliwość jest wielokrotnością zespoloną częstotliwości układu. Prąd harmoniczny generowany przez dowolne nieliniowe obciążenie przepływa z obciążenia do układu zasilania. Te prądy harmoniczne obniżają wydajność i niezawodność systemu zasilania, a także mogą powodować problemy z bezpieczeństwem. Harmoniczne muszą być wyraźnie zlokalizowane, zidentyfikowane źródła i podjęte środki naprawcze w celu ich zapobiegania.

obciążenie elektryczne jest podzielone na dwie kategorie

1. obciążenie liniowe:takie obciążenie pobiera napięcie i prąd w zasadniczo kształcie fali sinusoidalnej, ale przy zróżnicowanym przesunięciu fazowym (współczynnik mocy). Przykład: Rezystory, cewki, kondensatory i ich kombinacje są klasyfikowane jako obciążenia liniowe. Obciążenia liniowe mają płynną, prostą i przewidywalną reakcję.
2. obciążenie nieliniowe:zasilacze w obciążeniu nieliniowym pobierają prąd w impulsach nagłych, a nie w gładkiej fali sinusoidalnej. Oznacza zniekształconą lub nagle zmieniającą się reakcję. Przykład-nowoczesne urządzenia elektroniczne / elektryczne składające się z obwodów prostowniczych, ładowania /rozładowywania i sterowania fazą.

harmoniczne: zniekształcenia w fali sinusoidalnej są ogólnie zdefiniowane w kategoriach różnych składowych harmonicznych. Harmoniczne definiuje się jako zawartość sygnału, którego częstotliwość jest wielokrotnością zespoloną częstotliwości układu podstawowego. Typowe harmoniczne dla systemu 50 Hz (częstotliwość podstawowa) to 5 (250 Hz), 7 (350 Hz), 9 (450 Hz).

harmoniczne fali okresowej mogą być reprezentowane przez szereg Fouriera:
f (wt) = ao + A1coswt + A2 cos2wt + B1sinwt + B2 sin2wt + – – –
f(WT) = dana nieinusoidalna forma fali okresowej o prędkości kątowej w = 2 Σ F
A0 = Const.
A1, A2, A3 —- współczynnik cosinusów, nth to kolejność harmoniczna.
B1, B2, B3, — współczynnik Bn wyrażeń sinusoidalnych, nth to kolejność harmoniczna.

wpływ harmonicznych: prąd harmoniczny generowany przez dowolne nieliniowe obciążenie przepływa z obciążenia do układu zasilania. Te prądy harmoniczne obniżają wydajność i niezawodność systemu zasilania, a także mogą powodować problemy z bezpieczeństwem. Harmoniczne muszą być wyraźnie zlokalizowane, zidentyfikowane źródła i podjęte środki naprawcze w celu zapobieżenia tym problemom. THD (Total Harmonic Distortion) można obliczyć zgodnie ze standardem IEE-519 jako:

gdzie hn jest indywidualną harmoniczną n-tego rzędu.

źródło harmonicznych: (1) Transformatory bez obciążenia i lekkie obciążenia (2) Reaktory nasycone (3) napędy silnikowe sterowane Tyrystorem (4) Piece łukowe (5) spawarki łukowe (6) Piece przewodzące (7) oświetlenie wyładowcze gazu-Niskociśnieniowe/ wysokociśnieniowe lampy sodowe (8) wysokociśnieniowe lampy rtęciowe (9) lampy CFL/świetlówki (10) urządzenia oszczędzające energię, np. soft startery, stateczniki elektroniczne i regulatory wentylatorów (11) prostowniki (12) UPS (13) statyczny kompensator VAR (14) system przesyłowy HVDC (15) Konwersja energii słonecznej.

po co się martwić o harmoniczne: Zniekształcenie napięcia jest na ogół bardzo szkodliwe, ponieważ może zwiększyć efektywną wartość szczytową, a także prąd RMS w niektórych urządzeniach podłączonych do sieci. W przypadku kondensatora impedancja zmniejsza się drastycznie, ponieważ jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości. W normalnych warunkach zniekształcenia napięcia w pierwotnej sieci dystrybucji energii elektrycznej są minimalne i zazwyczaj można je zignorować z praktycznego punktu widzenia. Z drugiej strony zniekształcenie kształtu fali prądowej jest powszechne, zwłaszcza gdy sprzęt elektroniczny jest podłączony do sieci lub gdy podłączone są nieliniowe obciążenia. Zniekształcenia prądu, w ogóle, powoduje przegrzanie z powodu wzrostu strat i wpływa na wszystkie maszyny elektryczne, transformatory itp. Powoduje to zmniejszenie zużycia sprzętu. Wielkość spadku będzie zależeć od tego, które harmoniczne są obecne i wielkość indywidualnego prądu i rezystancji.

dodatnia składowa harmoniczna sekwencji generowałaby pole magnetyczne, które obraca się w tym samym kierunku co element podstawowy. Ujemna harmoniczna Sekwencja generowałaby obracające się pole magnetyczne w odwrotnym kierunku. Harmoniczna sekwencji zerowej nie obracałaby pola magnetycznego w żadnym kierunku.

granice poziomów harmonicznych: w zależności od sieci systemu, Różne kraje przyjęły różne granice dla decydowania o poziomach tolerancji zniekształceń harmonicznych. Zakresy ogólnie przyjętych limitów podano poniżej.

konieczne jest ustalenie limitów poziomów generowania harmonicznych i wprowadzenie obowiązku dla użytkowników. Jednak w naszym kraju nadal nie wprowadzono żadnych regulacji w tym zakresie. Regulacja dotyczy tylko zmiany napięcia znamionowego, które wynosi ± 10% i ± 2% częstotliwości.

prąd harmoniczny

teoretyczna wartość prądu harmonicznego = I / h
I = podstawowa wartość prądu
h = kolejność harmonicznych

przebieg elektryczny z zniekształceniami harmonicznymi…

wpływ harmoniczny na różne komponenty

1. Transformatory:harmoniczne w transformatorach powodują wzrost strat żelaza i miedzi. Zniekształcenia napięcia zwiększają straty spowodowane histerezą i prądami wirowymi i powodują przeciążenie użytego materiału izolacyjnego. Podstawowym efektem harmonicznych linii energetycznych w transformatorze jest, a więc dodatkowe ciepło wytwarzane. Inne problemy obejmują możliwy rezonans między indukcyjnością transformatora a pojemnością systemu, zmęczenie cieplne spowodowane cyklem temperatur i możliwe drgania rdzenia.
2. silnik i generatory:harmoniczne napięcie i prąd powodują zwiększone nagrzewanie w maszynach wirujących z powodu dodatkowych strat żelaza i miedzi przy częstotliwościach harmonicznych. Obniża to wydajność maszyny i wpływa na rozwijany moment obrotowy. Przepływ prądów harmonicznych w stojanie indukuje przepływ prądu w wirniku. Powoduje to nagrzewanie wirnika i pulsowanie lub zmniejszenie momentu obrotowego. Ogrzewanie wirnika zmniejsza wydajność i żywotność maszyny, podczas gdy pulsujące lub zmniejszone momenty obrotowe powodują drgania mechaniczne, powodując zmęczenie wału i zwiększone starzenie się części mechanicznych.

iii. Napędy tyrystorowe: napędy o zmiennej częstotliwości prądu przemiennego z konwerterem tyrystorowym, gdy działają z małą prędkością, zwykle powodują słaby współczynnik mocy.

1. Kabel Zasilający:normalny poziom prądów harmonicznych powoduje nagrzewanie się kabli. Jednak Kable zaangażowane w Warunkach rezonansu systemu mogą być poddawane naprężeniom napięciowym i koronowym, co może prowadzić do uszkodzenia izolacji.
2. urządzenia pomiarowe:ogólnie rzecz biorąc, harmoniczne przepływające w urządzeniach pomiarowych typu indukcyjnego generują dodatkowe ścieżki sprzęgania, zwiększając tym samym prędkość tarczy, a tym samym widoczny wzrost kosztów.
3. Rozdzielnice i przekaźniki:Prąd harmoniczny zwiększa nagrzewanie i straty w rozdzielnicach poprzez obniżenie jej normalnej pojemności prądowej i skrócenie żywotności z powodu naprężeń napięciowych bezpieczniki wymagają obniżania ze względu na ciepło wytwarzane przez harmoniczne.

vii. system uziemienia i wydajność komputera: w układzie trójfazowym i neutralnym – gdy oczekuje się trzeciej harmonicznej i wielokrotności, rozmiar przewodu neutralnego powinien być taki sam jak rozmiar przewodu fazowego.
rozłączanie się komputera, utrata instrukcji, danych lub niewłaściwe zachowanie można przypisać w równym stopniu słabej jakości zasilania. Eearthing sprzętu komputerowego powinny być niezależne i być przymocowane do uziemienia sieciowego w jednym punkcie-najlepiej tylko w punkcie wejścia. Wielopunktowe uziemienie wprowadza sprzęgło do różnych innych urządzeń.

viii. sieć komunikacyjna: sprzężenie indukcyjne między liniami przesyłowymi prądu przemiennego zawierającymi harmoniczne a sąsiednią siecią komunikacyjną powodujące wysoki poziom hałasu.

1. kondensator:kondensatory do korekcji współczynnika mocy są zawsze obecne w instalacjach przemysłowych i mają największy wpływ na harmoniczne. Kondensatory nie generują harmonicznych, ale zapewniają pętlę sieciową dla ewentualnego rezonansu. Reaktancja pojemnościowa zmniejsza się z częstotliwością, podczas gdy reaktancja indukcyjna wzrasta bezpośrednio z częstotliwością. Przy częstotliwości rezonansowej dowolnego obwodu indukcyjnej pojemności (LC) reaktancja indukcyjna będzie równa reaktancji pojemnościowej. W rzeczywistym układzie elektrycznym wykorzystującym Kondensator korekcji współczynnika mocy, może wystąpić rezonans szeregowy i parrelelowy oraz kombinacja tych dwóch. W przypadku układu szeregowego całkowita impedancja przy częstotliwości rezonansowej zmniejsza się tylko do rezystancyjnego komponentu układu. Jeśli ten składnik jest mały, wysokie natężenie prądu spowoduje częstotliwość rezonansową. W przypadku obwodu równoległego całkowita impedancja przy częstotliwości rezonansowej jest bardzo wysoka (zbliża się hipotetycznie do nieskończoności), a zatem, gdy wzbudza się nawet z małego źródła przy częstotliwości rezonansowej; wysoki prąd krążący będzie przepływał między równoległym kondensatorem a cewką indukcyjną. Napięcie w połączeniu równoległym może być dość wysokie. W związku z tym, jeśli punkt rezonansowy jednego lub obu tych obwodów znajduje się w pobliżu jednej z częstotliwości generowanych przez źródła harmoniczne w układzie, rezultatem może być przepływ nadmiernej ilości prądu harmonicznego i/ lub pojawienie się nadmiernego napięcia harmonicznego. Zdarzenia te mogą powodować takie problemy, jak awarie banku kondensatorów; nadmierne działanie bezpiecznika kondensatora i uszkodzenie dielektryczne izolowanych kabli. W większości instalacji niskiego napięcia można stosować się do następujących wytycznych:
   1. Jeśli KVA harmonicznych generujących obciążenia jest mniejsza niż 10% transformatora kVA znamionowej kondensator może być zainstalowany bez obawy o rezonans.
   2. Jeśli KVA harmonicznego obciążenia generującego jest mniejsza niż 30% wartości znamionowej kVA, a Kondensator kvar jest mniejszy niż 20% wartości znamionowej kVA transformatora, Kondensator można zainstalować bez obawy o rezonans.
   3. Jeżeli KVA harmonicznego obciążenia generującego jest większa niż 30% transformatora, Kondensatory znamionowe kVA powinny być stosowane jako filtry.
   powyższe wytyczne mają zastosowanie, gdy stosowane są transformatory o impedancji od 5 do 6%, A impedancja systemu jest mniejsza niż 1% na podstawie transformatora.

filtry harmoniczne

dla zdrowej pracy układu zasilania dwie rzeczy służą jako wytyczne:

1. konsument jest odpowiedzialny za utrzymanie obecnych zniekształceń w granicach dopuszczalnych / dopuszczalnych poziomów.
   2. Płyta elektroenergetyczna jest odpowiedzialna za utrzymywanie zniekształceń napięcia w granicach dopuszczalnych / dopuszczalnych poziomów.
   istnieją różne rodzaje filtrów:
   – pojedyncze filtry dostrojone.
   – High Pass (pierwsza, druga lub trzecia kolejność itp.)

kondensator o reaktancji szeregowej może być tak zaprojektowany, aby dostroić się do danej harmonicznej. Oferuje prawie zerową impedancję ścieżki równoległej i pochłania określoną harmoniczną. Przy podstawowej częstotliwości pomaga również w korekcji współczynnika mocy. Tak więc, wszędzie tam, gdzie wymagane są filtry, część banku kondensatorów PF jest przekształcana w filtr lub filtry. Bank filtrów zwiększa koszt instalacji kondensatora ze względu na dodatkowe wyłączniki i reaktory.

niepożądany prąd harmoniczny zapobiega przepływowi do układu zasilania za pomocą wysokiej impedancji szeregowej, aby je zablokować lub skierować za pomocą ścieżki bocznika o niskiej impedancji.

filtry serii powinny być zaprojektowane tak, aby przenosić prąd pełnego obciążenia i powinny być izolowane do pełnego napięcia znamionowego systemu, podczas gdy filtry bocznikowe są tańsze i zapewniają kompensację reaktywną w częstotliwości podstawowej. Dlatego ogólnie zaleca się stosowanie filtrów bocznikowych.