какво

Автор: Франк Пиолет, Продуктов мениджър на обхвата на измерване и управление на енергията Компания Socomec.

С масивната инсталация на оборудване, базирано на силова електроника (компютри, задвижвания с променлива скорост, инвертори ...), повечето потребители са изправени пред наличието на хармоници в електрическите разпределителни мрежи. Тази статия ще ви помогне да разберете по-добре причината за някои неизправности и как да ги избегнете.

Всяка електрическа мрежа се състои от определено количество товари. Когато токът през товар има същата форма като напрежението, това натоварване се нарича линейно; напротив, когато формата на тока не съответства на формата на напрежението, натоварването се нарича нелинейно (виж фигури 1 и 2)

Хармоничните токове са подобни компоненти на периодичен електрически ток, разложен в серията на Фурие. Хармониците имат честота, която е кратна (2, 3, 4, 5, ... n) на основната честота (50 или 60 Hz в електрическите мрежи). Числото "n" определя обхвата на хармоничния компонент. "Хармоникът от ранг n" се нарича хармоничен компонент на ранга, съответстващ на "n", умножен по честотата на мрежата. Пример: за основна честота от 50 Hz, хармоникът от ранг 5 ще има честота от 250 Hz.

Трябва да се има предвид, че в допълнение към хармониците, посочени по-горе, в мрежите има и два други типа компоненти, насложени върху основната вълна. Интерхармоници, които се характеризират с честота, която не е кратна на основната (например: 175 Hz не е кратна на 50 Hz), и инфрахармоници, които имат честота по-ниска от тази на мрежата.

Първият, макар и само в малко количество, може например да наруши сигналите на дистанционното управление, изпратени от разпределители на електрическа енергия, докато вторият обикновено се дължи на циклични преобразуватели, дъгови пещи или задвижвания с променлива скорост.

Измерване на хармоници, присъстващи в мрежа

Получените хармоници обикновено се обясняват с Total Harmonics Distortion (THD). Изчисляването на THD дава възможност за глобално определяне на нивото на замърсяване на мрежата по напрежение или ток (вж. Таблица 1 по-долу).

Що се отнася до THDR, определен съгласно стандарта DIN, той представлява хармоничното изкривяване по отношение на реалната ефективна стойност:

От една страна, видимата мощност се получава от

б) Влияние върху гребеновия фактор

Общи ефекти на хармониците върху електрическите мрежиГенерирани от потребителите, токовите хармоници се разпространяват в мрежите и създават изкривявания на напрежението на вълната в линейните импеданси. Тези напрежения се преразпределят между потребителите в цялата мрежа на доставчика на електроенергия. Хармоникът от ранг 3 заслужава специално внимание при трифазните мрежи. Всъщност хармоничните токове от ранг 3 и техните кратни са във фаза (виж фигура 7) и се добавят по векторен начин в неутралния проводник (In = I1 + I2 + I3). Ако приемниците се състоят главно от компютърни натоварвания, токовете от ранг 3 и от ранг кратни на 3 се добавят в неутралния проводник, генерирайки неутрален ток със 130% по-висок от фазовите токове.

Ето защо е важно правилно да оразмерите неутралния участък. Въпреки това, поради обичайната практика, при която, за да се спестят разходи, се монтира неутрален кабел със сечение, двойно по-малко от това на фазите, има много инсталации, изложени на последиците от хармониците. В инсталационните стандарти, като NF C15100 във френския случай, в момента е посочен участък, съответстващ на евентуалния неутрален ток, който може да е по-голям от участъка на фазовите проводници.

TN-C състояниеВ режим TN-C функциите на неутралния и защитния проводник се осигуряват от същия проводник, наречен PEN. Ако има хармонични токове от ранг 3 и важни кратни на 3, които циркулират в този проводник и металната броня, е възможно да се проверят потенциалните вариации, които влияят върху електрониката на чувствителните приемници, или дори създаването на магнитни контури, които генерират напрежения или индуцирани токове във вериги (EMC/ECM замърсяване).

За трансформаторите:Циркулацията на хармонични токове предполага загуби поради джауловия ефект и допълнителни магнитни загуби. В съответствие със стандарта NF EN 50464-3 се прилага намаляване на видимата мощност на трансформатора съгласно следната формула:

В кондензаторни банки:Инсталирането на кондензаторни батерии в електрическа инсталация може да включва паралелен резонанс, който усилва хармоничните токове, присъстващи в инсталацията. Този риск зависи главно от мощността на късо съединение на инсталацията и капацитивната стойност на компенсационната система. В този случай в кондензаторите могат да протичат силни хармонични токове и да причинят преждевременно стареене на техните компоненти.

В измервателните устройства:

Хармоничните токове също могат да нарушат измерването на неимунизирано оборудване, свързано с оборудване за рязане и защита, контролери за постоянна изолация и измервателни устройства.

Решения за контрол на хармоничното замърсяванеИма защити за защита срещу вредното въздействие на хармониците; важното е да се знае как да се определят количествено ефектите и да се адаптират защитните мерки според относителната чувствителност на индустриалния процес и рецепторите, присъстващи в инсталацията. Това е така, защото всеки приемник има различно ниво на устойчивост на хармонични смущения. Освен това някои приемници могат дори да излъчват хармонично замърсяване.

Благодарение на всички тези мерки е възможна прецизна диагностика на инсталацията.Оттам нататък всичко е въпрос на метод. Препоръчваме следния подход:

Когато импедансът на източника е слаб, мощността на късо съединение е важна, намалявайки проблемите, дължащи се на хармониците. По този начин, изкривяващите товари също трябва да бъдат инсталирани възможно най-нагоре от източника, за да се възползват от най-високото ниво на мощност на късо съединение. Това решение не винаги е привлекателно от икономическа гледна точка, тъй като не е възможно да се потиснат хармониците, целта е да се ограничат възможно най-близо до изкривяващите товари, за да се избегне замърсяването на цялата мрежа. За това се използват системи за филтриране или изолиране (чрез трансформатор).

За да защитят буферните батерии, производителите поставят a индуктивност последователно с кондензаторите, което позволява да се избегне явлението резонансен произход на хармониците. Тази антирезонансна индуктивност се регулира според спектъра на хармоничните токове, съществуващи в инсталацията.

Включването на пасивни филтри Позволява „улавяне” на хармоничните токове, присъстващи в инсталацията. Тъй като всеки пасивен филтър е оразмерен за хармоничен ток, трябва да има филтър за всеки хармоничен ток, който трябва да бъде филтриран.
Активните филтри с добиви и мощности, които се увеличават с напредването на силовата електроника, позволяват хармониците да бъдат филтрирани до определен диапазон. Трябва да се има предвид, че тези филтри са изчислени, за да осигурят компенсация на реактивната енергия на инсталацията.

И накрая, синусоидалният контрол на абсорбцията (наричан още PFC, коректор на фактора на мощността) позволява да се работи директно върху генератора. Управлението на силовата електроника е модулирано, за да принуди входния мост да поеме синусоидален ток.

ЗавършеностРазвитието на силовата електроника през последните години е важен фактор за подобряване на индустриалните процеси.