- Čo sú harmonické?
- Príčiny a zdroje harmonických v elektrických sieťach
- Kategórie a princíp separácie
- Možné následky
- Harmonická ochrana
- Video na článok
Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Práca väčšiny elektrických zariadení je zabezpečená kvalitou dodávanej elektrickej energie. Ale aj v podmienkach bezproblémovej prevádzky vznikajú v systéme procesy, ktoré spôsobujú výskyt harmonických v elektrických sieťach. Súčasne sa nemôže vyskytnúť žiadne odpojenie alebo narušenie, väčšina harmonických sa ticho vytvára vo všetkých okruhoch bez ohľadu na typ záťaže. So zvýšením ich veľkosti je však možné niekoľko negatívnych dôsledkov, a to tak pre spotrebiteľov, ako aj pre elektrickú sieť ako celok.
Čo sú harmonické?
Ak je napätie a prúd produkovaný zdrojom čo najbližšie k tvaru ideálneho sínusoidu, potom v dôsledku nelineárnych záťaží pripojených k elektrickému obvodu sa tvar počiatočného signálu skreslí. Harmonické kmitočty sú deriváty hlavnej sínusovej vlny pri frekvencii 50 Hz a sú násobkami jej hodnoty 1].
Mnohonásobnosťou harmonických sú rozdelené na párne a nepárne. To znamená, že harmonické číslo 1 - je 50 Hz, 2 - 100 Hz, 3 - 150 Hz, atď. Každá z nich je jednou zo zložiek výsledného tvaru napätia a prúdu. To znamená, že napätie a prúd v sieti možno voľne rozložiť na harmonické zložky 2].
Pozrite sa na obrázok vyššie, tu vidíte podrobný príklad rozkladu sínusoidu na harmonické a ich vplyv na tvar sínusového napätia. V prvej polohe je výsledná funkcia zobrazená s nelineárnymi skresleniami, ktoré sú spôsobené nižšie uvedenými nepárnymi harmonickými a podobnými s vyššou frekvenciou. Veľkosť týchto harmonických bude určovať veľkosť skokov a poklesov na výslednom signáli. Čím viac sa táto alebo táto harmonika prejavuje, tým viac sa krivka bude líšiť od sínusovej vlny.
V skutočnosti je harmonická parazitická emf, ktorá nie je absorbovaná existujúcimi spotrebiteľmi alebo je absorbovaná len čiastočne. Vzhľadom na to, čo má negatívny vplyv na všetky energetické siete. Prirodzená absorpcia sa vykonáva iba aktívnym odporom, ale v množstve, ktoré je úmerné výkonu, ktorý spotrebujú. Spotrebitelia môžu byť zároveň považovaní za zdroje, ktoré aktívne vytvárajú skreslený signál.
Príčiny a zdroje harmonických v elektrických sieťach
Hlavnou príčinou harmonického skreslenia je výskyt akýchkoľvek prechodných javov v elektrických sieťach. Bez ohľadu na charakter vytvoreného zaťaženia môže byť prechodový proces pozorovaný pri práci tej istej žiarovky, ktorá sa, zdá sa, vyznačuje extrémne aktívnymi stratami. Rozdiel medzi odporom žiarovky lampy v studenom a zahriatom stave vytvára prechodový proces, ktorý zavádza skok. Ale vzhľadom na nízku úroveň skreslenia a relatívne krátkodobý priebeh je vplyv na celý systém zanedbateľný.
Preto môžeme bezpečne povedať, že aktívne aj reaktívne odpory v sieťach napájania môžu prispieť k vytváraniu harmonických. Existuje však množstvo zariadení, ktoré spôsobujú značné skreslenie, ktoré môže spôsobiť značné poškodenie nástrojov. V praxi zdroje skreslenia zahŕňajú tieto typy zariadení:
- Výkonové elektrické zariadenia - pohony s priamym a striedavým prúdom, vysokofrekvenčné taviace pece, polovodičové meniče, zdroje nepretržitého napájania (UPS), frekvenčné meniče.
- Zariadenia pracujúce na princípe tvorby elektrického oblúka - elektrické zváracie zariadenia, oblúkové pece, osvetľovacie lampy (DRL, luminiscenčné a iné).
- Nasýtené zariadenia - motory, transformátory s magnetickým jadrom, ktoré môžu dosiahnuť nasýtenie hysteréznej slučky. Bez takejto saturácie bude ich príspevok k tvorbe harmonickej zložky bezvýznamný.
Medzi domácimi spotrebičmi, rovnaké mikrovlnné rúry významne prispievajú k tvorbe nesínusových komponentov. Vezmite prosím na vedomie, že v dôsledku vlastností prevádzkového režimu môže jedna takáto pec krátko znížiť úroveň napätia v sieti o 2 - 4% a čo je významnejšie, zvýšiť koeficient skreslenia krivky o 6 - 18%.
Kategórie a princíp separácie
V súlade s osobitosťami procesného toku v sieťach a zdrojoch energie sú všetky harmonické zložky konvenčne rozdelené podľa nasledujúcich parametrov:
- pozdĺž cesty šírenia vydávajú priestorové alebo vodivé;
- podľa predvídateľnosti času výskytu sa rozlišujú náhodné alebo systematické;
- trvanie môže byť krátkodobé (pulzné) alebo dlhé.
Impulzné poruchy sú teda spôsobené jednosmernými komutáciami v napájacej sieti, skratmi, prepätiami, ktoré by po ich vypnutí vyžadovali manuálne prepínanie. V prípade automatického opätovného zapínania sa predpovedané zmeny, ktoré sú pozorované v niekoľkých obdobiach, objavujú v hlavnej harmonickej.
Dlhodobé zmeny sú spôsobené cyklickou záťažou, ktorú dodávajú výkonní spotrebitelia. Pre vznik takýchto vyšších harmonických je spravidla potrebná obmedzená sieťová sila a relatívne veľké nelineárne záťaže, ktoré spôsobujú generovanie jalového výkonu.
Možné následky
V prípade trvalo prítomného harmonicko-generujúceho faktora môže ich účinok spôsobiť rôzne negatívne dôsledky v elektrickej sieti. Z toho by sa malo zdôrazniť: \ t
- Súčasné vykurovanie, vypnutie izolácie motorov, vinutia transformátorov, zníženie odporu kondenzátorov atď. Pri zahrievaní fázového vodiča alebo iných vodivých prvkov v dielektrikách dochádza k ireverzibilným procesom, ktoré znižujú ich izolačné vlastnosti.
- Falošné ovládanie v distribučných sieťach - vedie k vypnutiu strojov, vysokonapäťových spínačov a iných zariadení, ktoré reagujú na zmeny režimu v dôsledku harmonických.
- Spôsobuje asymetriu v priemyselných sieťach s trojfázovými zdrojmi, keď sa harmonické vyskytujú v jednej fáze. Čo môže narušiť normálnu prevádzku trojfázových usmerňovačov, výkonových transformátorov, trojfázového UPS a ďalších zariadení.
- Výskyt hluku v komunikačných sieťach, vplyv na susedné nízkonapäťové a silové káble v dôsledku indukovaného EMF. Veľkosť harmonického emf je ovplyvnená vzdialenosťou medzi vodičmi a trvaním ich aproximácie.
- Spôsobuje predčasné starnutie zariadenia. Kvôli zničeniu citlivých prvkov strácajú presné prístroje svoju triedu presnosti a podliehajú predčasnému opotrebeniu.
- Spôsobuje dodatočné finančné náklady v dôsledku strát z indukčných záťaží, zastavenia výroby, havarijných opráv a predčasných porúch.
- Potreba zvýšiť prierez nulových vodičov v súvislosti so súčtom harmonických násobkov 3. v trojfázových sieťach.
Zvážte príklad negatívneho vplyvu na prevádzku trojfázových obvodov. V ideálnom prípade, keď každá fáza napája lineárne zaťaženie, systém je v rovnováhe. To znamená, že v sieti nie sú žiadne harmonické a žiadny prúd v neutrálnom vodiči, pretože všetky prúdy so symetrickým zaťažením sú posunuté o 120 ° a navzájom sa kompenzujú v neutrále.
Ak spotrebiteľ alebo faktor, ktorý ohýba striedavý prúd, vzniká v napájacom obvode v jednej z fáz, potom dochádza k automatickej zmene zostávajúcich fázových prúdov, ich posunu voči počiatočnej hodnote a uhlu. V dôsledku porušenia symetrie a nedostatku kompenzácie v neutrálnom vodiči začína prúdiť prúd.
Ako je znázornené na obrázku 2, nepárne harmonické sú násobky 3. a majú rovnaký smer ako hlavný prúd. Ale kvôli porušeniu kompenzačného efektu symetrického systému sa vzájomne prekrývajú a sú schopné dodávať do neutrálneho prúdu oveľa vyšší ako nominálny prúd pre tento okruh. Vzhľadom k tomu, čo tam je prehriatie, ktoré môže spôsobiť núdzové situácie.
Všetky vyššie uvedené dôsledky vedú k zníženiu kvality elektrickej energie, nadmernému preťaženiu a následnému poklesu fázového napätia. V konkrétnych prípadoch môžu následky toku harmonických predstavovať hrozbu pre personál a spotrebiteľov. Aby sa zabránilo takýmto dôsledkom v elektrárňach, trojfázových kábloch a iných zariadeniach, je zabezpečená ochrana pred harmonickými 3].
Harmonická ochrana
Na ochranu sa používajú zariadenia s aktívnymi a pasívnymi prvkami, ktorých činnosť je zameraná na absorpciu alebo kompenzáciu harmonických v sieti. Najjednoduchšou možnosťou sú LC filtre pozostávajúce z lineárnej tlmivky a kondenzátora.
Pozrite si obrázok 3, tu je schematický diagram filtra. Jeho práca je založená na induktívnom odporu cievky L, ktorý neumožňuje, aby prúd okamžite získal alebo stratil hodnotu. A na kapacitancii kondenzátora C, ktorá umožňuje postupné zvyšovanie alebo znižovanie napätia. To znamená, že harmonické nemôžu dramaticky zmeniť tvar sínusoidu a zabezpečiť jeho hladké zvýšenie a zníženie zaťaženia RN .
Keď sú cievka a kondenzátor zapojené v sérii so špecifickým výberom parametrov, ich impedancia bude nula pre určitý druh harmonických. Nevýhodou tohto pasívneho filtra je potreba vytvorenia samostatného obvodu pre každý komponent v sieti. Preto je potrebné brať do úvahy ich interakciu. Tak napríklad, keď sa zháša piata harmonická, dochádza k siedmemu zosilneniu, takže v praxi je niekoľko filtrov nainštalovaných v rade, ako je znázornené na obr.
Vzhľadom k tomu, že každý reťazec L1-C1, L2-C2, L3-C3 presúva príslušný komponent, filter sa nazýva skrat. Ako vstupný filter môžu byť použité aj zariadenia s aktívnym potlačením harmonických.
Pozrite si obrázok 5, tu je aktívny filter. Zdroj energie generuje prúd i ps, ktorý je ovplyvnený nelineárnym zaťažením, v dôsledku čoho sa v sieti získa nesinusoidná krivka i n . Aktívne harmonické klimatizácie (ACG) merajú veľkosť všetkých nelineárnych prúdov i ahc a na výstup privádzajú rovnaké prúdy do siete, ale s opačným uhlom. To vám umožní neutralizovať harmonické a dať spotrebiteľovi prúd prvej harmonickej čo najbližšie k sínusovej vlne.
Inštalácia ktoréhokoľvek z existujúcich typov ochrany si vyžaduje podrobnú analýzu harmonických zložiek, záťaží, faktorov amplitúdy a účinníkov pre konkrétnu sieť. Ak chcete nájsť najefektívnejší spôsob odstránenia a vykonania príslušných nastavení.