hatnak

Szerző: Frank Piolet, A mérési tartomány és az energiagazdálkodás Socomec vállalatának termékmenedzsere.

A teljesítményelektronikán alapuló berendezések (számítógépek, változtatható sebességű meghajtók, inverterek ...) hatalmas telepítésével a legtöbb felhasználó szembesül a harmonikusokkal az elektromos elosztó hálózatokban. Ez a cikk segít jobban megérteni bizonyos meghibásodások okát és azok elkerülését.

Minden elektromos hálózat egy bizonyos mennyiségű terhelésből áll. Ha a terhelésen átáramló áram alakja megegyezik a feszültség alakjával, akkor ezt a terhelést lineárisnak nevezzük; éppen ellenkezőleg, ha az áram alakja nem felel meg a feszültség alakjának, akkor a terhelést nemlineárisnak nevezzük (lásd 1. és 2. ábra)

A harmonikus áramok a Fourier-sorozatban lebontott periodikus elektromos áram hasonló elemei. A harmonikusok frekvenciája az alapfrekvencia (elektromos hálózatokban 50 vagy 60 Hz) többszöröse (2, 3, 4, 5, ... n). Az "n" szám határozza meg a harmonikus komponens tartományát. Az "n fokú harmonikus" -nak nevezzük a rang harmonikus komponensét, amely megfelel a hálózat frekvenciájának "n" szorzatának. Példa: 50 Hz-es alapfrekvencia esetén az 5. rangú harmonikus 250 Hz-es frekvenciával rendelkezik.

Figyelembe kell venni, hogy a hálózatokban a fent jelzett harmonikusok mellett két másik típusú komponens is található az alapvető hullámra. Olyan interharmonikusok, amelyekre jellemző frekvencia nem több, mint az alapérték (például: 175 Hz nem több, mint 50 Hz), és olyan infraharmonikusok, amelyek frekvenciája alacsonyabb, mint a hálózaté.

Az előbbiek, bár csak kis mennyiségben vannak jelen, például megzavarhatják az elektromos energiaelosztók által küldött távirányító jeleket, míg az utóbbiak általában a ciklusátalakítók, az ívkemencék vagy a változtatható sebességű hajtások miatt.

A hálózatban jelenlévő harmonikusok mérése

A kapott harmonikusokat általában a teljes harmonikus torzítással (THD) magyarázzák. A THD számítás lehetővé teszi a hálózat szennyezettségének globális minősítését feszültségben vagy áramban (lásd az alábbi 1. táblázatot).

Ami a DIN szabvány szerint definiált THDR-t illeti, az a harmonikus torzítást jelenti a valós effektív értékhez képest:

Egyrészt a látszólagos erőt a

b) Befejezés a csúcstényezőre

A harmonikusok általános hatásai az elektromos hálózatokraA fogyasztók által generált áramharmonikusok terjednek a hálózatokban, és feszültséghullám-torzulásokat hoznak létre a vezeték impedanciáiban. Ezeket a feszültség-alakváltozásokat az egész villamosenergia-szolgáltató hálózatában újra elosztják a felhasználók. A 3. fokozat harmonikusa különös figyelmet érdemel a háromfázisú hálózatok esetében. Valójában a 3. rangú harmonikus áramok és azok többszörösei fázisban vannak (lásd a 7. ábrát), és vektoros módon adódnak a semleges vezetőben (In = I1 + I2 + I3). Ha a vevőkészülékek főként számítógépes terhelésekből állnak, a 3-as és a 3-szoros szorzók áramát hozzáadják a semleges vezetőhöz, így a fázisáramoknál 130% -kal nagyobb semleges áramot generálnak.

Ezért fontos a semleges szakasz helyes méretezése. Azonban egy olyan általános gyakorlatnak köszönhetően, amelyben a költségek megtakarítása érdekében egy semleges kábelt telepítenek, amelynek szakasza kétszer kisebb, mint a fázisok, sok telepítés van kitéve a harmonikus következményeinek. A telepítési szabványokban, például a francia NF C15100-ban, jelenleg az esetleges semleges áramnak megfelelő szakasz van feltüntetve, amely nagyobb lehet, mint a fázisvezetők szakasza.

TN-C állapotTN-C rendszerben a semleges és védővezető funkciókat ugyanaz a PEN nevű vezető biztosítja. Ha vannak 3-as rangú harmonikus áramok és 3-szoros fontos többszörösei, amelyek keringenek abban a vezetőben és a fém páncélban, ellenőrizni lehet az érzékeny vevőkészülék elektronikáját befolyásoló potenciálváltozásokat, vagy akár olyan mágneses hurkok létrehozását is, amelyek feszültséget generálnak vagy indukáltak áramok áramkörökben (EMC/ECM szennyeződés).

A transzformátorokról:A harmonikus áramok keringése a joule hatás és a további mágneses veszteségek veszteségeit vonja maga után. Az NF EN 50464-3 szabványnak megfelelően a transzformátor látszólagos teljesítményének csökkentését a következő képlet szerint kell alkalmazni:

Kondenzátor bankokban:A kondenzátor bankok villamos telepítésbe történő beépítése párhuzamos rezonanciát vonhat maga után, amely felerősíti a berendezésben jelenlévő harmonikus áramokat. Ez a kockázat elsősorban a berendezés rövidzárlati teljesítményétől és a kompenzációs rendszer kapacitív értékétől függ. Ebben az esetben erős harmonikus áramok áramolhatnak a kondenzátorokban, és idő előtti öregedést okozhatnak alkatrészeik.

Mérőeszközökben:

A harmonikus áramok megzavarhatják a vágó- és védőberendezésekhez, az állandó szigetelésvezérlőkhöz és a mérőeszközökhöz kapcsolódó nem immunizált berendezések mérését is.

Megoldások a harmonikus szennyezés ellenőrzéséreA harmonikusok káros hatásaival szembeni védelem létezik; a legfontosabb az, hogy meg kell tudni, hogyan számszerűsítsük a hatásokat és hogyan alkalmazzuk a védelmi intézkedéseket az ipari folyamat és a létesítményben jelenlévő receptorok relatív érzékenységének megfelelően. Ennek oka, hogy minden vevőnek különböző szintű immunitása van a harmonikus zavarokkal szemben. Ezenkívül egyes vevők még harmonikus szennyezést is képesek kibocsátani.

Mindezen intézkedéseknek köszönhetően a telepítés pontos diagnózisa lehetséges.Innentől kezdve minden módszer kérdése. A következő megközelítést javasoljuk:

Ha a forrás impedanciája gyenge, fontos a rövidzárlat teljesítménye, ami csökkenti a harmonikusok okozta problémákat. Így torzító terheléseket is a lehető legrövidebbre kell telepíteni a forrástól annak érdekében, hogy kihasználhassuk a rövidzárlati teljesítmény legnagyobb szintjét. Ez a megoldás gazdasági szempontból nem mindig vonzó, mivel a harmonikusokat nem lehet elnyomni, a cél az, hogy a lehető legközelebb kerüljenek a torzító terhelésekhez, hogy elkerüljék az egész hálózat szennyeződését. Ehhez szűrő vagy leválasztó rendszereket (transzformátorral) használnak.

A puffer elemek védelme érdekében a gyártók behelyezik a induktivitás a kondenzátorokkal sorozatban, amely lehetővé teszi a harmonikusok rezonancia eredetű jelenségének elkerülését. Ezt az anti-rezonancia induktivitást a berendezésben meglévő harmonikus áramok spektrumának megfelelően állítják be.

Az alapítás passzív szűrők Lehetővé teszi a telepítésben lévő harmonikus áramok „rögzítését”. Mivel minden passzív szűrő harmonikus áramra van méretezve, minden egyes szűrendő harmonikus áramhoz szűrőt kell biztosítani.
Az aktív szűrők - a teljesítményelektronika fejlődésével növekvő hozamokkal és teljesítménnyel - lehetővé teszik a harmonikusok bizonyos tartományig történő szűrését. Figyelembe kell venni, hogy ezeket a szűrőket úgy számították ki, hogy biztosítsák a létesítmény reaktív energiájának kompenzálását.

Végül, a szinuszos abszorpciós vezérlés (más néven PFC, teljesítménytényező korrektor) lehetővé teszi, hogy közvetlenül a generátoron dolgozzon. A teljesítményelektronika vezérlését úgy modulálták, hogy a bemeneti hidat szinuszos áram elnyelésére kényszerítse.

KövetkeztetésA teljesítményelektronika fejlődése az elmúlt években fontos tényező volt az ipari folyamatok javításában.