övertoner orsaker & effekter

övertoner definieras som innehållet i signalen vars frekvens är en integrerad multipel av systemets frekvens av grunden. Övertoner ström som genereras av någon icke-linjär belastning strömmar från lasten in i kraftsystemet. Dessa harmoniska strömmar försämrar kraftsystemets prestanda och tillförlitlighet och kan också orsaka säkerhetsproblem. Övertoner måste vara tydligt placerade, källor identifieras och korrigerande åtgärder vidtas för att förhindra dem.

elektrisk belastning kategoriseras under två kategorier

1. linjär belastning:sådan belastning drar spänning och ström i väsentligen sinusvågform men vid varierad fasförskjutning (effektfaktor). Exempel: motstånd, induktorer, kondensatorer och deras kombinationer klassificeras som linjär belastning. Linjära belastningar har jämn, rak och förutsägbar respons.
2. icke-linjär belastning:Nätaggregat i icke-linjär belastningsström i abrupta pulser snarare än i slät sinusformad våg. Det indikerar förvrängt eller plötsligt förändrat svar. Exempel-modern elektronisk / elektrisk utrustning som består av likriktare, laddning /urladdning och faskontrollkretsar.

övertoner: förvrängningen i en sinusformad våg definieras generellt i termer av olika övertonskomponenter. Övertoner definieras som innehållet i signalen vars frekvens är en integrerad multipel av systemets frekvens av den grundläggande. Typiska övertoner för ett 50 Hz-system (grundfrekvens) är 5: e (250 Hz), 7: e (350 Hz), 9: e (450 Hz).

övertonerna för en periodisk våg kan representeras av en Fourier-serie:
f(wt) = ao + A1coswt + A2 cos2wt + B1sinwt + B2 sin2wt + —
f(wt) = Given icke sinusformad periodisk vågform med vinkelhastighet w = 2 msk f
A0 = Const.
A1, A2, A3 —- en koefficient för cosinustermer, nth är ordningen för harmonisk.
B1, B2, B3, – – – Bn-koefficienten för sinus termer, nth är ordningen för harmonisk.

effekter av övertoner: övertoner ström som genereras av alla icke-linjära belastningsflöden från lasten till kraftsystemet. Dessa övertoner strömmar försämra kraftsystemets prestanda och tillförlitlighet och kan också orsaka säkerhetsproblem. Övertoner måste vara tydligt placerade, källor identifieras och korrigerande åtgärder vidtas för att förhindra dessa problem. THD (Total harmonisk distorsion) kan beräknas enligt IEE-519 standard som:

där hn är de individuella övertonerna i n: e ordningen.

källa till övertoner: (1) transformatorer utan belastning och lätta belastningar (2) mättade reaktorer (3) Tyristerstyrda motordrivningar (4) bågugnar (5) Bågsvetsare (6) Ledningsugnar (7) gasurladdningsbelysning-lågtrycks-/ högtrycksnatriumånglampor (8) Högtryckskvicksilverånglampor (9) CFL/lysrörsljus (10) energibesparingsanordningar t.ex. mjuka startmotorer, Elektronik-ballast-och fläktregulatorer (11) likriktare (12) UPS (13) statisk var-kompensator (14) HVDC-överföringssystem (15) solenergi omvandling.

varför oroa dig för övertoner: Spänningsförvrängning är i allmänhet mycket skadlig eftersom den kan öka det effektiva toppvärdet och även RMS-strömmen i vissa enheter som är anslutna till nätverket. För en kondensator minskar impedansen drastiskt eftersom den är omvänt proportionell mot frekvensen. Under normala omständigheter är spänningsförvrängningen i det primära elektriska distributionsnätet minimal och kan vanligtvis ignoreras ur praktisk synvinkel. Å andra sidan är förvrängning av nuvarande vågform vanligt, särskilt när elektronisk utrustning är ansluten till nätverket eller när icke-linjära belastningar är anslutna. Strömförvrängning orsakar i allmänhet överhettning på grund av ökade förluster och påverkar alla elektriska maskiner, transformatorer etc. Detta orsakar neddragning av utrustning. Mängden derating beror på vilka övertoner som finns och storleken på den individuella strömmen och motståndet.

positiv sekvens harmonisk komponent skulle generera ett magnetfält, som roterar i samma riktning som den grundläggande. En negativ sekvens harmonisk skulle generera det roterande magnetfältet i omvänd riktning. Nollsekvensen harmonisk skulle inte rotera magnetfältet i någon riktning.

gränser för harmoniska nivåer: beroende på systemnätverket har olika länder antagit olika gränser för att bestämma toleransnivåerna för harmonisk distorsion. De gränser som allmänt antagits anges nedan.

det är nödvändigt att fastställa gränserna för övertongenereringsnivåerna och göra obligatoriska för användarna. Men i vårt land har fortfarande inga regler gjorts i detta avseende. Förordningen är endast för variation av märkspänning som är 10% och 2% av frekvensen.

harmonisk ström

teoretiskt värde för harmonisk ström = I / h
i = grundläggande värde för strömmen
h = övertonsordning

elektrisk vågform med harmonisk distorsion…

harmoniska effekter på olika komponenter

1. transformatorer:övertoner i transformatorer orsakar en ökning av järn-och kopparförlusterna. Spänningsförvrängning ökar förlusterna på grund av hysteres och virvelströmmar och orsakar överbelastning av det använda isoleringsmaterialet. Den primära effekten av kraftledningsövertoner i transformatorn är sålunda den extra värme som genereras. Andra problem inkluderar möjlig resonans mellan transformatorinduktansen och systemkapacitansen, termisk utmattning på grund av temperaturcykling och möjliga kärnvibrationer.
2. Motor och generatorer:harmonisk spänning och ström orsakar ökad uppvärmning i roterande maskiner på grund av ytterligare järn-och kopparförluster vid harmoniska frekvenser. Detta sänker maskinens effektivitet och påverkar det utvecklade vridmomentet. Flödet av harmoniska strömmar i statorn inducerar strömflöde i rotorn. Detta resulterar i rotoruppvärmning och pulserande eller reducerat vridmoment. Rotoruppvärmning minskar maskinens effektivitet och livslängd medan pulserande eller reducerat vridmoment resulterar i mekanisk svängning som orsakar axelutmattning och ökad åldrande av mekaniska delar.

iii. Thyrister-enheter: AC-frekvensomriktare med tyristeromvandlare när de drivs med låg hastighet resulterar i allmänhet i dålig effektfaktor.

1. strömkabel:Normal nivå av övertonsströmmar orsakar uppvärmning i kablar. Kablar som är involverade under systemresonansförhållanden kan emellertid utsättas för spänningsspänning och korona, vilket kan leda till isoleringsfel.
2. mätutrustning:i allmänhet kommer övertoner som flyter i induktionstyp mätutrustning att generera ytterligare kopplingsvägar och därigenom öka skivans hastighet och därmed en uppenbar kostnadsökning.
3. ställverk och relä:Övertoner ström ökar uppvärmning och förluster i ställverk där genom att sänka sin normala strömkapacitet och förkorta livslängden på grund av spänning spänningssäkringar kräver nedgradering på grund av den värme som genereras av övertoner.

vii. jordningssystem och datorprestanda: i ett 3 – fas och neutralt system-när 3: e övertoner och multiplar förväntas, bör neutralledarstorleken vara samma storlek som fasledarstorleken.
dator hänga upp, förlora instruktioner, data eller missköter kan lika mycket tillskrivas dålig kvalitet på makt. Earthing av datorutrustning bör vara oberoende och fästas i nätjordningen vid en punkt – helst endast vid ingångspunkten. Multipoint jordning introducerar koppling till olika andra utrustningar.

viii. kommunikationsnät: induktionskopplingen mellan VÄXELSTRÖMSÖVERFÖRINGSLEDNINGARNA som innehåller övertoner och det angränsande kommunikationsnätet som orsakar höga ljudnivåer.

1. kondensator:kondensatorer för effektfaktorkorrigering finns alltid i industrianläggningar och påverkas värst om övertoner finns. Kondensatorer genererar inte övertoner, men ger nätverksslinga för möjlig resonans. Kapacitiv reaktans minskar med frekvensen medan induktiv reaktans ökar direkt med frekvensen. Vid resonansfrekvensen för varje induktiv kapacitans (LC) krets kommer den induktiva reaktansen att motsvara den kapacitiva reaktansen. I ett verkligt Elektriskt system som använder effektfaktorkorrigeringskondensator kan både serie-och parrelresonans och en kombination av de två förekomma. I fallet med en seriekrets minskar den totala impedansen vid resonansfrekvensen till endast den resistiva komponenten i systemet. Om denna komponent är liten kommer höga strömstorheter att resultera vid resonansfrekvensen. I fallet med en parallell krets är den totala impedansen vid resonansfrekvensen mycket hög (närmar sig hypotetiskt oändlighet), när den exciteras från till och med en liten källa vid resonansfrekvensen; en hög cirkulerande ström kommer att strömma mellan parallellkondensatorn och induktorn. Spänningen över parallellkombinationen kan vara ganska hög. Följaktligen, om resonanspunkten för en eller båda dessa typer av kretsar råkar vara nära en av frekvenserna som genereras av de harmoniska källorna i systemet, kan resultatet flödet av överdriven mängd harmonisk ström och/ eller utseendet av överdriven harmonisk spänning. Dessa händelser kan orsaka sådana problem som kondensatorbankfel; överdriven kondensatorsäkring och dielektrisk nedbrytning av isolerade kablar. I de flesta lågspänningsinstallationer kan följande riktlinjer följas:
   1. Om KVA för de harmoniska genererande belastningarna är mindre än 10% av transformatorn kan KVA-kondensatorn installeras utan oro för resonansen.
   2. Om KVA för den harmoniska genererande belastningen är mindre än 30% av KVA-värdet och kondensatorn KVAR är mindre än 20% av transformatorn KVA-värdet, kan kondensatorn installeras utan oro för resonansen.
   3. Om KVA för den harmoniska genererande belastningen är mer än 30% av transformatorn bör kva-kondensatorer användas som filter.
   ovanstående riktlinjer är tillämpliga när transformatorer med 5 till 6% impedans används och systemimpedansen är mindre än 1% vid transformatorbasen.

filter för övertoner

för hälsosam drift av kraftsystemet fungerar två saker som riktlinjer:

1. konsumenten är ansvarig för att upprätthålla nuvarande snedvridning inom tillåtna/acceptabla nivåer.
   2. Elkortet ansvarar för att upprätthålla spänningsförvrängning inom tillåtna/acceptabla nivåer.
   det finns olika typer av filter:
   – Single tuned filter.

en kondensator med en serie reaktans kan utformas så att den stämmer överens med en given harmonisk. Det erbjuder nästan en noll impedans parallell väg och absorberar en viss harmonisk. Vid den grundläggande frekvensen hjälper det också till effektfaktorkorrigering. Således, varhelst filter krävs, omvandlas en del av P. F. kondensatorbanken till ett filter eller filter. En filterbank ökar kostnaden för kondensatorinstallation på grund av extra Brytare och reaktorer.

oönskad harmonisk ström förhindras från att strömma in i kraftsystemet genom användning av hög serieimpedans för att blockera dem eller rikta dem med hjälp av lågimpedans shuntbana.

Seriefilter bör utformas för att bära full Lastström och bör isoleras till systemets fulla Märkspänning, medan shuntfilter är billigare och ger reaktiv kompensation i grundfrekvens. Därför föredras det i allmänhet att använda shuntfilter.