Закрыть

Что такое гармоники в электротехнике: Что такое гармоники в электричестве

Содержание

Влияние гармоник на дифференциальную защиту трансформатора: броски тока намагничивания

Отстройка дифференциальной защиты силового трансформатора от бросков тока намагничивания (БТН) — это одна из сложнейших проблем при разработке алгоритма ее функционирования. Эта проблема заключается в том, что ток намагничивания потребляется внутри зоны защиты, вследствие чего режим БТН имеет много общего с режимом внутреннего короткого замыкания (КЗ). Искажения вторичных токов вследствие насыщения трансформаторов тока (ТТ) во время переходных процессов существенно усугубляют проблему. Поэтому алгоритмы функционирования дифзащит трансформаторов должны предусматривать специальные средства, выявляющие в дифференциальном токе отличительные признаки качественного характера. Считается, что в дифференциальном токе в режиме БТН высшие гармонические составляющие содержатся в большей степени, чем при внутренних КЗ.

Поэтому нашло широкое распространение торможение гармоническими составляющими дифференциального тока (преимущественно второй гармоникой) в качестве средства отстройки дифзащит трансформаторов от БТН.

Пригодность такого средства отстройки обосновывается результатами гармонического анализа дифференциального тока в режиме БТН с учетом искажений, о которых имеются публикации.

Однако публикации о гармоническом анализе дифференциальных токов при внутренних КЗ, причем именно искаженных токов вследствие насыщения ТТ, практически отсутствуют. Поэтому целью настоящей работы является исследование гармонических слагающих дифференциального тока и, как следствие, оценка эффективности самых распространенных способов отстройки от БТН.

Принципы торможения высшими гармониками можно разделить на две группы: торможение величиной (амплитудой) высшей гармонической составляющей и торможение коэффициентом гармоники (относительной гармоникой). Под коэффициентом гармоники понимается отношение амплитуды высшей гармоники к амплитуде первой гармоники; это отношение обычно выражается в процентах. Основным недостатком торможения величинами высших гармоник является то, что при изменении величины токового сигнала при одном и том же режиме изменяются и величины гармонических слагающих.

При искажении дифференциального тока вследствие насыщения ТТ резко изменяется его форма, а значит, и его спектр. В этом отношении коэффициент гармоник имеет преимущество перед их амплитудами, заключающееся в следующем. С изменением токового сигнала по величине, а может даже и по форме, в каком-либо одном режиме величины гармонических слагающих изменяются в какой-то мере пропорционально друг другу. Значит, коэффициенты гармоник в этом режиме претерпят значительно меньшие изменения, чем просто величины гармонических слагающих.

Во многих современных цифровых защитах силовых трансформаторов отстройка от БТН основывается именно на использовании коэффициентов гармоник, а не просто их величин. В литературе и технических описаниях дифференциальных защит трансформаторов, как правило, не приводится точного описания способов отстройки реле от БТН с помощью торможения высшими гармониками. Максимум, что в редких случаях указывается, это величины коэффициентов гармоник, по которым следует отличать внутреннее КЗ от БТН. Например, в защите, описанной в, в качестве такой уставки принято значение коэффициента второй гармоники 17,7 %, в защитах RET316 и RET521 — 12 %, в цифровой защите ШЭ1111 фирмы ЭКРА — 10 %. Но кроме самих коэффициентов гармоник очень важным фактором в эффективности отстройки дифзащиты оказывается способ выделения гармонических слагающих.

В работе проведено сопоставление многих применяемых способов, и в ней указывается, что дискретное преобразование Фурье является самым точным и самым эффективным для отстройки дифзащиты трансформатора от БТН.

Приведенные значения коэффициентов высших гармоник, выявленных методом преобразования Фурье, для различных искаженных кривых дифференциального тока в режиме БТН.

Значения коэффициентов гармоник для приведенных случаев БТН лежат в очень широких пределах: постоянная слагающая — от 4 до 73 %; вторая гармоника — от 17 до 102 %; третья гармоника — от 1 до 39 %.

При проведении гармонического анализа дифференциальных токов в переходных процессах внутренних КЗ применялась модель трехфазных групп ТТ «звезда» и «треугольник», созданная в пакете MatLab [4]. Кривая намагничивания магнитопроводов в этой модели задана в виде усредненной монотонно изменяющейся характеристики (без учета гистерезиса), что обеспечивается функциями ускоренной интерполяции пакета MatLab. Для определения величин гармонических слагающих используется функция «fft», реализующая алгоритм быстрого преобразования Фурье.

При исследованиях моделировались внутренние КЗ для защиты блочного двухобмоточного трансформатора ТД 80000/220/10. Проведенные исследования справедливы (применимы) для дифзащиты любого силового трансформатора, так как характер искажений токов в группах трансформаторах тока «звезда» и «треугольник» слабо зависит от их типа. На рис. 1 приведен пример внутреннего трехфазного КЗ с двухсторонним питанием.

Начальные условия для этого случая принимались следующими:

  • кратности тока КЗ с обеих сторон равны 4;
  • остаточные индукции для группы ТТ «звезда» 1,0, 0,2 и 0,8 Тл для фаз А, В и С соответственно,
  • для группы ТТ «треугольник» — 1,0, 1,0 и 1,2 Тл для фаз А, В и С соответственно.

Для каждой фазы в верхней части рисунка показаны первичные и вторичные токи для стороны низшего напряжения с группой ТТ «звезда», в средней части — для стороны высшего напряжения с группой ТТ «треугольник», в нижней части рисунка — дифференциальный ток.

На рис. 2 приведен пример внутреннего трехфазного КЗ, но с односторонним питанием со стороны низшего напряжения. Поэтому на рис. 2 приведены только первичные и вторичные токи плеча с группой ТТ «звезда»; в таком случае дифференциальный ток в каждой фазе равен вторичному току.

Величины относительных гармонических слагающих в процентах указаны в табл. 1 и 2. Здесь продемонстрированы такие случаи внутренних КЗ, при которых коэффициенты второй гармоники оказываются наибольшими, хотя не максимально возможными.

Более высокие значения относительной второй гармоники могут наблюдаться при гораздо менее вероятных искажениях вторичных токов, а приведенные примеры искаженных токов являются наиболее характерными.

Следует отметить, что в обоих приведенных случаях в фазе В ток практически не искажается, кроме того, первичный ток не содержит апериодической слагающей, поэтому коэффициенты высших гармоник в ней составляют единицы процентов и приводить их точные значения не имеет смысла.

На рис. 3 показан один из возможных режимов БТН при включении силового трансформатора на холостой ход со стороны обмотки НН, имеющей схему соединения «треугольник», а вторичные обмотки ТТ — схему «звезда». Коэффициенты гармонических слагающих для дифференциального тока в этом режиме приведены в табл. 3. При анализе результатов исследований видно, что диапазоны величин относительных гармонических слагающих, характерных внутренним КЗ и режиму БТН, очень сильно пересекаются. Величины коэффициента второй гармоники, появляющейся при внутренних КЗ, могут в несколько раз превышать принятые уставки в современных дифференциальных защитах, по которым они идентифицируют бросок тока намагничивания. Особое внимание следует уделить коэффициенту второй гармоники в первом периоде, так как именно с первого периода начинается выявление БТН, а в первом периоде ТТ еще не столь глубоко насыщены, как в последующих периодах.

При таких обстоятельствах в режиме БТН вторая гармоника может оказываться больше, чем при внутренних КЗ. Но из таблиц 1 и 2 видно, что при внутренних КЗ относительная вторая гармоника уже в первом периоде может существенно превышать принятые в защитах трансформаторов уставки.

В таких случаях внутренних КЗ возможны задержки в срабатывании защит, поскольку в самом начале переходного процесса возможно неверное распознавание режима работы защищаемого трансформатора. Во втором и последующих периодах насыщение ТТ усиливается, что влечет к увеличению высших гармонических слагающих, а вследствие этого задержка в срабатывании защиты будет продолжаться.

Наоборот, в случае апериодического БТН, при отсутствии искажений в дифференциальном токе во время первого и второго периодов, относительная вторая гармоника может быть на уровне 14-15% (см. табл. 3, фаза А), что может оказаться только лишь на уровне или даже ниже уставки.

Относительные значения третьей и четвертой гармоник при БТН оказываются несколько большими, чем при внутренних КЗ, но провести четкую границу по их значениям между этими двумя режимами также очень сложно. Относительные значения пятой и шестой гармоник как при внутренних КЗ, так и при БТН составляют единицы процентов, поэтому они также не представляют никакой ценности для отстройки от БТН. В заключение можно констатировать низкую эффективность любых способов отстройки от БТН, которые используют высшие гармонические слагающие.

Низкая эффективность таких способов также указывается в работе.

Если гармонические слагающие выделяются из выпрямленного дифференциального тока или из его производной по времени, то такой подход вносит дополнительные сложности и дополнительно снижает устойчивость функционирования дифференциальной защиты трансформатора.

Источник:Журнал «ЭЛЕКТРО. Электротехника. Электроэнергетика. Электротехническая промышленность. » № 3 за 2007 год.

Автор: Купарев Михаил Анатольевич, к.т.н., доцент Новосибирского государственного технического университета.

Нормы качества электрической энергии. Гармоники тока.

В большинстве случаев люди предпочитают делать упор на качество. Часто высокое качество заметно при внешнем осмотре какого-либо предмета или объекта. Качество можно заметить при длительной эксплуатации чего-либо. Для контроля качества создаются комиссии. Однако качество есть и у вещей, которые нельзя увидеть. Поговорим о качестве электроэнергии в целом и о некоторых его особенностях в частности.

Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения регулируются ГОСТ 13109-97. В нем перечислены основные требования, предъявляемые к качеству электрической энергии.

Эти требования приведены ниже:

-отклонение значения основной частоты напряжения электропитания от номинального значения, Гц;

-колебания напряжения и фликер, %;

-медленные изменения напряжения, %;

-несимметрия напряжений в трехфазных системах, %;

-несинусоидальность напряжения, %.

 

Подробно остановимся на последнем критерии. Как известно, теоретически напряжение на клеммах источника питания является синусоидальной функцией от времени, то есть, скажем, на осциллографе, подключенном к бытовой сети, теоретически должна получиться синусоида. Но в век стремительного роста научно-технического прогресса и, как следствие, нарастания вычислительных мощностей, форма кривой напряжения изменяется по мере удаления от источника питания к приемнику, создающему искажения напряжения. Это происходит из-за влияния

нелинейной нагрузки – нагрузки, сопротивление которой меняется в зависимости от приложенного напряжения или протекающего через нее тока. К нелинейной нагрузке относятся выпрямительные и инверторные установки, дуговые печи, источники бесперебойного питания (ИБП или UPS), устройства плавного пуска – все электрооборудование, содержащее силовую (сильноточную) электронику: диоды, тиристоры, транзисторы. Благодаря математическому анализу инженеры в области электротехники нашли способ разложения искаженной синусоиды напряжения: оказывается, любую искаженную синусоиду можно представить как сумму графиков различных «чистых» синусоид. Посмотрим на рисунок ниже - осцилограмму напряжения между одной из фаз и нулем.

Здесь синим показана "идеальная" синусоида величиной 220 В и частотой 50 Гц, значение 220 В принято за единицу. Это и есть первая - основная - гармоника. К такой форме напряжения стремятся предприятия по производству электроэнергии. На среднеквадратичное значение напряжения именно такой формы спроектированы электрические аппараты. И при таком напряжении в трёх фазах сети при симметричной нагрузке ток через нулевой проводник протекать не будет.

Зелёным изображено напряжение, искаженное нелинейной нагрузкой. Приближенно такую форму напряжения можно получить на осциллографе или анализаторе электрической сети, подключив их к выпрямителю без сглаживающего фильтра. Как видно, его величина выше напряжения основной гармоники, то есть выше 220 В. Этот искаженный сигнал можно разложить на основную и пятую (показанную голубым цветом) гармонику.

Из осцилограммы также видно, что величина пятой гармоники намного ниже 220 В, а ее частота в 250 Гц кратна основной частоте в 50 Гц. Сложив графики пятой и основной гармоник, получим кривую напряжения на клеммах электроприемника, обозначенную зелёным. Любой искаженный сигнал можно получить, используя основную гармонику и гармоники высших порядков (третьи, седьмые, девятые и т. д.). Определившись с понятиями, перейдем к практической стороне вопроса: чем чревато наличие высших гармоник и как с ними бороться.

Наличие нелинейных потребителей может приводить к:

- ложному срабатыванию защиты;

- перегреву нулевого провода или постоянному наличию напряжения на нем;

- некорректной работе измерительных приборов,

- повышению или понижению напряжения в распределительной сети;

- повышению тока вследствие резонанса.

Ток в нулевом проводнике при наличии высших гармоник может протекать даже при симметричной загрузке трех фаз. К особенно нежелательным эффектам может приводить использование конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности. В электротехнике существует понятие резонанс токов – значительное увеличение тока, протекающего по сети, в результате равенства индуктивного и ёмкостного сопротивлений, которые зависят от частоты. Рассмотрим пример.

В одном большом офисном здании из-за перегрева конденсаторов произошло отключение автоматических установок компенсации реактивной мощности, подключенных к той же шине 0,4 кв, что и ИБП компьютерного оборудования. Для выяснения причины аварии были сделаны измерения уровня гармоник. Исследования показали, что возник резонанс на 11-й гармонике, генерируемой ИБП, с увеличением ее тока с 30 А при отключенной конденсаторной установке до 283 А при полностью включенной. После анализа проблемы и компьютерного моделирования было решено использовать фильтрокомпенсирующее устройство (ФКУ) - особый тип конденсаторных установок, не только компенсирующий реактивную мощность, но и фильтрующий высшие гармоники.

Мы плавно подошли к методам борьбы с высшими гармониками, к которым можно отнести следующее:

-применение специальных схем соединения обмоток электрических машин, не пропускающих гармоники определённых порядков;

-применение ФКУ: активных и пассивных фильтров гармоник;

-обеспечение симметричного режима работы трёхфазных систем;

-снижение полного сопротивления распредсети;

-применение 12-полупериодных выпрямителей в ИБП.

Однако следует помнить, что не существует единого уникального решения для повышения качества электроэнергии, потому что в условиях каждого конкретного предприятия причины возникновения гармоник и возможные методы борьбы с ними различаются.

 

Понравилась статья, поделись в социальных сетях, получи + к карме от ТМР силы!

 

Важно? Поделись:

 

Для первой гармоники

,

где ;

В общем случае , тогда,

а для первой гармоники ;

Для второй гармоники ;

Где ;

;

;

Напряжение Ur, резистивного элемента совпадает по фазе с током цепи и в общем случае:

, а так как ,то т. е. ,

где

Аналогично могут быть определены значения uLи uC :

;

.

Определение гармонических составляющих токов i1 и i2, а также напряжений Ur, UL и UC можно также осуществить с ис­пользованием комплексных чисел.

Пример 4.3. Несинусоидальная ЭДС - е(t) линейной электрической цепи рис. 4.6.а, изменяется по закону е(t)= 200 + 180sin(ωt - 30˚) + 120sin3ωt. Параметры цепи: r = 6 Ом, XL=ωL= 2 Ом, XС= 1/ωC=18 Ом. Определить мгновенное, действующее значение тока в цепи и действующее значение напряжения на участке цепи ab.

Решение. По отношению к постоянной составляющей ЭДС Е0 = 200В сопротивление конденсатора равно бесконечности, т.е. XC= 1/ωC = 1/ 0∙C= ∞. Следовательно, постоянная составляющая тока Ia= 0,

Расчет первой гармоники:

полное сопротивление цепи

угол сдвига фаз между ЭДС e1 и током

20΄

так как , то

20΄

амплитуда и действующее значение первой гармоники тока

мгновенное значение тока

действующее значение напряжения на участке ab

Расчет третьей гармоники:

полное сопротивление цепи

т. е. для данной гармоники наблюдается резонанс напряжений, а, сле­довательно, угол сдвига фаз между ЭДС е3 и током:

амплитуда и действующее значение тока

мгновенное значение тока

действующее значение напряжения на участке ab

Расчет общего тока:

мгновенное значение тока в цепи

действующие значения тока в цепи и напряжения на участке аb

В ряде случаев при проведении практических расчетов пе­риодические несинусоидальные ЭДС и напряжения представляют эквивалентными синусоидами. Подобная замена осуществляется так, чтобы действующее значение экви­валентной синусоиды ЭДС или напряжения равнялось действующему значению несинусоидальной величины.

4. 6. Влияние резистивного, индуктивного и емкостного элементов цепи на форму кривой тока. Резонансные явления.

При резистивной нагрузке токи всех гармоник совпадают по фазе с соответствующими гармониками напряжений и форма кривой несинусоидального тока аналогична форме кривой напряжения u(t).

В цепи с индуктивным элементом амплитуда тока основной гармоники определяется как , а амплитуды токов всех после­дующих гармонических составляющих .

Так как сопротивление индуктивного элемента увеличивает­ся с переходом к высшим гармоникам, то амплитуда каждой гармоники тока будет уменьшаться обратно пропорционально порядку гармоники, и высшие гармоники тока будут проявлять­ся в меньшей степени в общей кривой тока. Таким образом, кривая тока меньше отличается от синусоиды, чем кривая на­пряжения. Аналогично в цепи с емкостным элементом амплитуды токов ос­новной и высших гармоник определяются как:

;

Так как сопротивление емкостного элемента уменьшается с переходом к высшим гармоникам, то амплитуды гармоник тока будут увеличиваться пропорционально порядку гармони­ки, форма кривой тока будет искажаться еще больше в сравне­нии с кривой напряжения.

Поскольку с ростом частоты сопротивление индуктивного элемента увеличивается, а емкостного уменьшается, в электри­ческой цепи рис.4.6,а может возникнуть резонанс напряжений либо для первой, либо для одной из высших гармоник. Усло­вие возникновения резонанса напряжений для некоторой k-гармоники

kωL = 1/kωC

При этом амплитуда тока резонансной гармоники может значительно превысить амплитуды тока всех остальных гармо­ник (см. пример 4.3), а на участках электрической цепи как с ин­дуктивным, так и с емкостным элементом могут возникнуть перенапряжения.

В электрических цепях несинусоидального тока при параллельном соединении катушки и конденсатора воз­можно возникновение резонанса тока либо для первой, либо для одной из высших гармоник с присущими данному резонан­су явлениями.

11

Высшие гармоники и реактивная мощность. Комментарии.

Harmonics & True Power Factor.

В современном мире подавляющее большинство потребителей электрической энергии потребляют её в преобразованном виде. Преобразование основных параметров электрической энергии (величины и частоты напряжения) используется для повышения эффективности работы электроустановок (т. е. для улучшения их технических и экономических показателей) и для управления режимами работы технологического оборудования. По разным данным доля преобразуемой энергии в большинстве отраслей промышленности составляет от 80% до 90% и продолжает увеличиваться.

Применяемые в настоящее время статические преобразователи параметров электрической энергии по основным технико-экономическим характеристикам значительно превосходят применявшиеся ранее электромашинные преобразователи, но обладают особенностями, способными вызывать некоторые негативные эффекты. Современные статические преобразователи выполняются на основе силовых полупроводниковых приборов, обладающих нелинейными электрическими характеристиками, вследствие чего потребляемый из сети ток имеет искажённую (несинусоидальную) форму. Это означает, что помимо осуществления основного преобразования электроэнергии, передаваемой в нагрузку, такие преобразователи потребляют и преобразуют некоторую дополнительную часть энергии, которую они возвращают обратно в сеть в виде токов высших гармоник, т. е. токов повышенных частот. Кроме того, гармоника основной частоты потребляемого из сети тока обычно содержит значительную по величине реактивную составляющую индуктивного или ёмкостного характера.

Обычно во всех основных типах статических преобразователей значения частоты высших гармонических составляющих потребляемого тока кратны частоте напряжения сети. Коэффициент кратности (т. е. отношение частоты высшей гармоники к частоте напряжения сети) называют "порядком" гармоники.

В связи с широким применением статических преобразователей и, в частности, преобразователей частоты для электроприводов переменного тока токи высших гармонических составляющих и реактивные токи отдельных преобразователей на разных участках электрической сети могут суммироваться и достигать в сумме больших величин. Поэтому эти составляющие полного сетевого тока могут создавать значительные по величине падения напряжения на сопротивлениях элементов питающей сети.

Основную долю эквивалентного сопротивления сети обычно составляет его реактивная составляющая индуктивного характера, которая пропорциональна частоте. Поэтому сопротивление сети для высших гармонических составляющих тока сильно увеличено. В результате этого качество напряжения участков сети, содержащих статические преобразователи частоты и (или) другие подобные источники высших гармоник тока, может ухудшиться до недопустимого уровня и вызвать целый ряд негативных эффектов, включая ухудшение КПД и снижение надёжности работы практически у всех соседних потребителей электрической энергии.

Реактивные составляющие сетевых токов вследствие преобладания реактивной доли сопротивления сети создают на нём падение напряжения, во много раз превышающее падение напряжения от активного тока, вызывая этим значительные отклонения напряжения сети. Поэтому для предотвращения описанных негативных явлений должны применяться специальные средства компенсации реактивной мощности и высших гармонических составляющих сетевого тока. Активные динамические фильтры являются наиболее эффективным и наиболее универсальным средством такого типа.

Отправить запрос.

Трансформаторы, как источники гармоник — Студопедия

До появления статических преобразователей основными источниками высших гармоник были электрические машины и трансформаторы.

Трансформаторы - наиболее распространенный элемент электрической сети. Причиной генерации ими высших гармоник в сеть является нелинейность кривой намагничивания их магнитопроводов и наличие петли гистерезиса. Нелинейность кривой намагничивания и наличие петли гистерезиса приводит к искажению синусоидальности намагничивающего тока трансформаторов (тока холостого хода) и как следствие к появлению высших гармоник в токе, потребляемом трансформатором из сети.

Ток холостого хода современных трансформаторов класса 110 кВ не превышает 1%, а класса 6(10) кВ - 2х-3х процентов. При таких малых токах можно пренебречь активными потерями в мангнитопроводе. В этом случае вместо петли гистерезиса можно использовать основную кривую намагничивания. Кривая намагничивающего тока при таком допущении симметрична относительно оси времени. При этом разложение тока холостого хода в ряд Фурье не содержит четных гармоник. Искажение кривой намагничивающего тока в этом случае вызывает только нечетные гармоники, включая кратные трем. Наиболее существенны 3-я, 5-я и 7-я гармоники [ ], особенно третья.


Гармоники, генерируемые синхронными и асинхронными электродвигателями.

Синхронные и асинхронные двигатели могут генерировать как гармоники тока, так и гармоники напряжения (ЭДС).

Гармоники тока, генерируемые электродвигателями, имеют ту же природу, что и гармоники тока трансформаторов и обусловлены нелинейностью кривой намагничивания материала магнитопроводов статора и ротора. При этом частотный спектр гармоник тока, генерируемых электродвигателями, как и в случае трансформаторов, содержит все нечетные гармоники, включая кратные трем. При этом наиболее существенными гармониками тока будут 3-я, 5-я и 7-я. По аналогии с трансформаторами при приближенных расчетах можно принимать содержание токов третьей, пятой и седьмой гармоник, соответственно, 40, 30 и 20% от тока холостого хода.

гармоник и их эффекты | Электротехнические примечания и статьи

Что такое гармоники ?.

  • Гармоники - это синусоидальные напряжения или токи, частоты которых кратны частоте, на которую рассчитана система питания (например, 50 Гц или 60 Гц).
  • Гармоники - это просто метод анализа тока, потребляемого компьютерами, электронными балластами, частотно-регулируемыми приводами и другим оборудованием, имеющим модемные «бестрансформаторные» источники питания.
  • При рассмотрении гармоник энергосистемы следует помнить о двух важных концепциях.
  • Первый - это характер нагрузок, вызывающих гармонические токи (нелинейные нагрузки), а второй - способ протекания гармонических токов и развитие результирующих гармонических напряжений.
  • В электротехнике существует закон, называемый законом Ома. Этот основной закон гласит, что при приложении напряжения к сопротивлению течет ток. Так работает все электрооборудование.Напряжение, которое мы прикладываем к нашему оборудованию, представляет собой синусоидальную волну с частотой 60 Гц (циклов в секунду).

  • Для генерации этой синусоидальной волны напряжения. Он имеет (относительно) постоянную амплитуду и постоянную частоту.
  • Как только это напряжение подается на устройство, срабатывает закон Ома. Закон Ома гласит, что ток равен напряжению, деленному на сопротивление. Выражается математически I = V / R
  • Графически выраженный ток становится еще одной синусоидой, поскольку сопротивление - постоянное число.Закон Ома гласит, что частота волны тока также составляет 60 Гц. В реальном мире это правда; хотя две синусоидальные волны могут не совпадать идеально (как коэффициент мощности), текущая волна действительно будет синусоидальной волной 60 Гц.

  • Так как синусоидальная волна приложенного напряжения будет вызывать синусоидальный ток, системы, которые демонстрируют такое поведение, называются линейными системами. Лампы накаливания, нагреватели и двигатели представляют собой линейные системы.
  • Однако часть нашего модемного оборудования не подходит к этой категории.Компьютеры, частотно-регулируемые приводы, электронные балласты и системы бесперебойного питания - это нелинейные системы. В этих системах сопротивление не является постоянным и фактически изменяется в течение каждой синусоидальной волны. Это происходит потому, что сопротивление устройства не является постоянным. Фактически сопротивление изменяется во время каждой синусоидальной волны

Линейные и нелинейные нагрузки (двигатели, нагреватели и лампы накаливания):

  • Линейный элемент в энергосистеме - это компонент, в котором ток пропорционален напряжению.
  • В общем, это означает, что форма волны тока будет такой же, как и напряжение (см. Рисунок 1). Типичные примеры линейных нагрузок включают двигатели, нагреватели и лампы накаливания.

Рис. 1. Осциллограммы напряжения и тока для линейного

Нелинейная система (компьютеры, VFDS, электронные балласты):

  • Как показано на рисунке Когда мы подаем напряжение на твердотельный источник питания, потребляемый ток равен (приблизительно) нулю до тех пор, пока на синусоиде не будет достигнуто критическое «напряжение зажигания».При таком напряжении зажигания транзистор (или другое устройство) закрывается или пропускает ток.
  • Этот ток обычно увеличивается со временем до пика синусоидальной волны и уменьшается до тех пор, пока не будет достигнуто критическое напряжение зажигания на «нисходящей стороне» синусоидальной волны. Затем устройство отключается, и ток падает до нуля. То же самое происходит на отрицательной стороне синусоидальной волны со вторым отрицательным импульсом тока. В этом случае потребляемый ток представляет собой серию положительных и отрицательных импульсов, а не синусоидальную волну, подаваемую линейными системами.
  • Некоторые системы имеют сигналы различной формы, например прямоугольные. Эти типы систем часто называют нелинейными системами. Источники питания, которые потребляют этот тип тока, называются импульсными источниками питания. Как только эти импульсные токи сформированы, нам трудно анализировать их влияние. Энергетиков учат анализировать влияние синусоидальных волн на энергосистемы. Анализировать влияние этих импульсов намного сложнее.

Рисунок 2.Осциллограммы напряжения и тока для линейного

  • Ток, потребляемый нелинейными нагрузками, не синусоидальный, а периодический, что означает, что волна тока выглядит одинаково от цикла к циклу. Периодические сигналы можно математически описать как серию синусоидальных сигналов, которые были суммированы.

Рис. 3. Форма сигнала с симметричными гармоническими составляющими

  • Синусоидальные составляющие являются целыми числами, кратными основной гармонике, в то время как основная гармоника в США составляет 60 Гц. Единственный способ измерить напряжение или ток, содержащие гармоники, - это использовать измеритель истинного среднеквадратичного значения. Если используется усредняющий измеритель, который является наиболее распространенным типом, ошибка может быть значительной.
  • Каждый член в ряду называется гармоникой основной гармоники. Третья гармоника будет иметь трехкратную частоту 60 Гц или 180 Гц. Симметричные волны содержат только нечетные гармоники, а несимметричные волны содержат четные и нечетные гармоники.
  • Симметричная волна - это волна, в которой положительная часть волны идентична отрицательной части волны.Несимметричная волна содержит составляющую постоянного тока (или смещение), или нагрузка такова, что положительная часть волны отличается от отрицательной части. Примером несимметричной волны может быть полуволновой выпрямитель.
  • Большинство элементов энергосистемы симметричны. Они производят только нечетные гармоники и не имеют смещения постоянного тока.

Гармонический ток

  • Когда нелинейная нагрузка потребляет ток, этот ток проходит через весь импеданс между нагрузкой и источником системы (см. Рисунок 4).В результате протекания тока гармонические напряжения создаются импедансом в системе для каждой гармоники.

Рисунок 4 - Искажение напряжения, вызванное искаженным током

  • Сумма этих напряжений, добавленная к номинальному напряжению, вызывает искажение напряжения. Величина искажения напряжения зависит от полного сопротивления источника и создаваемых гармонических напряжений.
  • Если сопротивление источника низкое, искажение напряжения будет низким. Если значительная часть нагрузки становится нелинейной (возрастают гармонические токи) и / или когда преобладает резонансное состояние (увеличивается полное сопротивление системы), напряжение может резко возрасти.

Гармонические токи могут вызвать ряд проблем:

  1. Оборудование отопительное
  2. Неисправность оборудования
  3. Отказ оборудования
  4. Помехи связи
  5. Неисправность предохранителя и прерывателя
  6. Проблемы процесса
  7. Проводник нагревательный.

Как генерируются гармоники

  • В идеальной чистой энергосистеме формы сигналов тока и напряжения представляют собой чистые синусоиды .На практике несинусоидальные токи доступны из-за того, что ток, протекающий в нагрузке, не связан линейно с приложенным напряжением.
  • В простой цепи, содержащей только элементы линейной цепи сопротивления, индуктивности и емкости. Протекающий ток пропорционален приложенному напряжению (с определенной частотой), поэтому, если приложено синусоидальное напряжение, будет течь синусоидальный ток. Обратите внимание, что там, где есть реактивный элемент, будет фазовый сдвиг между формами волны напряжения и тока, коэффициент мощности уменьшается, но схема все еще может быть линейной.
  • Но в ситуации, когда нагрузка представляет собой простой двухполупериодный выпрямитель и конденсатор, такой как входной каскад типичного импульсного источника питания (SMPS). В этом случае ток течет только тогда, когда напряжение питания превышает напряжение, хранящееся на накопительном конденсаторе, то есть близко к пику синусоидальной волны напряжения, как показано формой линии нагрузки.
  • Любая циклическая форма волны может быть преобразована в синусоиду на основной частоте плюс ряд синусоид на гармонических частотах.Таким образом, искаженная форма волны тока на рисунке может быть представлена ​​основной гармоникой плюс процент второй гармоники плюс процент третьей гармоники и так далее, возможно, до тридцатой гармоники.
  • Для симметричных сигналов, т. Е. Когда положительный и отрицательный полупериоды имеют одинаковую форму и величину, все гармоники с четными номерами равны нулю. Четные гармоники сейчас относительно редки, но были обычным явлением, когда широко использовалось полуволновое выпрямление.
  • Частоты, которые мы используем, кратны основной частоте, 60 Гц.Мы называем эти множественные частоты гармониками. Вторая гармоника составляет два раза по 60 Гц или 120 Гц. Третья гармоника - 180 Гц и так далее. В наших трехфазных энергосистемах «четные» гармоники (вторая, четвертая, шестая и т. Д.) Подавляются, поэтому нам нужно иметь дело только с «нечетными» гармониками.

  • На этом рисунке показаны основная и третья гармоники. На каждый цикл основной гармоники приходится три цикла третьей гармоники. Если мы сложим эти две формы волны, мы получим несинусоидальную форму волны.
  • Теперь этот результат начинает формировать пики, которые указывают на импульсы, потребляемые импульсными источниками питания. Если мы добавим другие гармоники, мы сможем смоделировать любую искаженную периодическую форму волны, такую ​​как прямоугольные волны, генерируемые ИБП систем VFD. Важно помнить, что эти гармоники - это просто математическая модель. Импульсы, прямоугольные волны или другие искаженные формы сигналов - это то, что мы на самом деле увидим, если бы поместили осциллограф на систему электропроводки здания.
  • Эти импульсы тока, из-за закона Ома, также начнут искажать формы волны напряжения в здании.Это искажение напряжения может вызвать преждевременный выход из строя электронных устройств.
  • В трехфазных системах три фазы энергосистемы сдвинуты по фазе на 120 футов. Ток в фазе B возникает на 120 градусов (1/3 цикла) после тока в A. Аналогично, ток в фазе C возникает через 120 минут после тока в фазе B. Из-за этого наши токи 60 Гц (основная) фактически отменить на нейтрали. Если мы сбалансировали токи 60 Гц на трех фазных проводниках, ток нейтрали будет равен нулю.Математически можно показать, что ток нейтрали (при условии наличия только 60 Гц) никогда не превысит фазный провод с наибольшей нагрузкой. Таким образом, наша защита от перегрузки по току на наших фазных проводниках также защищает нейтральный провод, даже если мы не устанавливаем устройство защиты от перегрузки по току в нейтральный провод. Мы защищаем нейтральных с помощью математики. Когда присутствуют гармонические токи, эта математика не работает. Третья гармоника каждого из трех фазных проводов точно совпадает по фазе.Когда эти гармонические токи сходятся на нейтрали, а не отменяются, они фактически складываются, и мы можем иметь больше тока на нейтральном проводе, чем на фазных проводниках. Наши нейтральные проводники больше не защищены математикой!
  • Эти гармонические токи создают тепло. Это тепло с течением времени повысит температуру нейтрального проводника. Это повышение температуры может привести к перегреву окружающих проводов и нарушению изоляции. Эти токи также приведут к перегреву источников трансформатора, питающего энергосистему.Это наиболее очевидный симптом проблем с гармониками; перегрев нейтральных проводов и трансформаторов. Другие симптомы включают:
  1. Моментальное отключение выключателей
  2. Неисправность систем ИБП и систем генераторов
  3. Проблемы с измерением
  4. Неисправности компьютера
  5. Проблемы с перенапряжением

Типы оборудования, генерирующего гармоники:

  • Гармонические токи нагрузки генерируются всеми нелинейными нагрузками.К ним относятся:
  • Для однофазных нагрузок, например
  1. Импульсные источники питания (SMPS)
  2. ПРА электронные люминесцентные
  3. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ)
  4. Малые источники бесперебойного питания (ИБП)
  • Для трехфазных нагрузок, например
  1. Частотные преобразователи
  2. Большие ИБП

Однофазные нагрузки

(A) Импульсные источники питания (SMPS)

  • В большинстве современных электронных блоков используются импульсные источники питания (ИИП).
  • Они отличаются от более старых блоков тем, что традиционные понижающие трансформатор и выпрямитель заменены прямым управляемым выпрямителем источника питания для зарядки накопительного конденсатора, из которого постоянный ток для нагрузки выводится методом, соответствующим выходному напряжению и току. обязательный.
  • Преимущество - для производителя оборудования - в том, что размер, стоимость и вес значительно уменьшены, а блок питания может быть выполнен практически в любом требуемом форм-факторе.
  • Недостаток - для всех остальных - в том, что вместо того, чтобы потреблять постоянный ток от источника питания, блок питания потребляет импульсы тока, которые содержат большое количество третьей и высшей гармоник и значительные высокочастотные составляющие.
  • На входе источника питания установлен простой фильтр для обхода высокочастотных составляющих от линии и нейтрали к земле, но он не влияет на гармонические токи, которые текут обратно в источник питания.

(B) Однофазные ИБП имеют характеристики, очень похожие на ИБП.

  • Для блоков большой мощности в последнее время наблюдается тенденция к использованию так называемых входов с коррекцией коэффициента мощности.
  • Цель состоит в том, чтобы сделать нагрузку источника питания похожей на резистивную нагрузку, чтобы входной ток выглядел синусоидальным и синфазным с приложенным напряжением. Это достигается за счет подачи входного тока в виде высокочастотного треугольного сигнала, который усредняется входным фильтром до синусоиды.
  • Этот дополнительный уровень сложности еще не всегда применим к недорогим устройствам, которые составляют большую часть нагрузки в коммерческих и промышленных установках.Еще неизвестно, с какими проблемами может столкнуться широкомасштабное применение этой технологии!

(C) Балласт люминесцентного освещения

  • Электронные пускорегулирующие устройства для освещения стали популярными в последние годы после заявлений о повышении эффективности. В целом они лишь немного более эффективны, чем лучшие магнитные балласты, и на самом деле большая часть усиления связана с тем, что лампа более эффективна при работе на высокой частоте, а не на самом электронном балласте.
  • Их главное преимущество заключается в том, что уровень освещенности может поддерживаться в течение длительного срока службы за счет управления текущим током с обратной связью - практика, которая снижает общую эффективность срока службы.
  • Их большой недостаток в том, что они генерируют гармоники в питающем токе. Доступны так называемые типы с коррекцией коэффициента мощности с более высокими номинальными характеристиками, которые уменьшают проблемы с гармониками, но с меньшими затратами. Меньшие блоки обычно не корректируются.

(D) Компактные люминесцентные лампы (CFL)

  • CFL теперь продаются для замены вольфрамовых ламп накаливания.Миниатюрный электронный балласт, расположенный в корпусе разъема, управляет свернутой люминесцентной лампой диаметром 8 мм.
  • КЛЛ
  • мощностью 11 Вт продаются в качестве замены лампы накаливания на 60 Вт и имеют ожидаемый срок службы 8000 часов.
  • Спектр гармонических токов показан на рисунке. Эти лампы широко используются для замены ламп накаливания в жилых домах и особенно в отелях, где серьезные проблемы с гармониками внезапно становятся обычным явлением.

Трехфазные нагрузки

(A) Преобразователи частоты / ИБП:

  • Контроллеры переменной скорости, блоки ИБП и преобразователи постоянного тока в целом обычно основаны на трехфазном мосте, также известном как шестиимпульсный мост, потому что на выходе постоянного тока имеется шесть импульсов на цикл (один на половину цикла на фазу) .
  • Шестиимпульсный мост генерирует гармоники с частотой 6n +/- 1, т. Е. На один больше и на один меньше, чем каждая кратная шести. Теоретически величина каждой гармоники обратна номеру гармоники, поэтому будет 20% пятой гармоники, 9% одиннадцатой гармоники и т. Д.
  • Величина гармоник значительно снижена за счет использования двенадцатиимпульсного моста. Фактически это два шестиимпульсных моста, питаемых от обмотки трансформатора по схеме звезда и треугольник, обеспечивающие сдвиг фаз между ними на 30 градусов.
  • Гармоники 6n теоретически удаляются, но на практике величина уменьшения зависит от согласования преобразователей и обычно составляет от 20 до 50 раз. Гармоники 12n остаются неизменными. Уменьшается не только общий гармонический ток, но и оставшиеся более высокого порядка, что значительно упрощает конструкцию фильтра.
  • Часто производитель оборудования предпринимает некоторые шаги для уменьшения величин гармонических токов, возможно, путем добавления фильтра или последовательных катушек индуктивности.В прошлом это приводило к тому, что некоторые производители заявляли, что их оборудование соответствует стандарту «G5 / 3». Поскольку G5 / 3 является стандартом планирования, применимым к полной установке, нельзя сказать, что он был соблюден без знания каждого элемента оборудования на объекте.
  • Дальнейшее увеличение количества импульсов до 24, достигнутое за счет использования двух параллельных двенадцатиимпульсных блоков с фазовым сдвигом 15 градусов, снижает общий гармонический ток примерно до 4,5%. Конечно, из-за изощренности увеличивается стоимость, поэтому контроллер этого типа будет использоваться только в случае крайней необходимости для соблюдения ограничений, установленных поставщиками электроэнергии.

Проблемы, вызванные гармониками

  • Гармонические токи вызывают проблемы как в системе питания, так и внутри установки.
  • Эффекты и решения очень разные и требуют отдельного рассмотрения; меры, которые подходят для управления эффектами гармоник в установке, не обязательно могут уменьшить искажения, вызываемые питанием, и наоборот.
  • Гармонические проблемы в установке
  • Проблемы, вызванные гармоническими токами:
  1. перегрузка нейтралей
  2. перегрев трансформаторов
  3. ложное срабатывание выключателей
  4. перенапряжение конденсаторов коррекции коэффициента мощности
  5. скин-эффект
  • Проблемы, вызванные гармоническими напряжениями:
  1. искажение напряжения
  2. асинхронные двигатели
  3. шум перехода через нуль
  4. Проблемы, возникающие при достижении гармоническими токами источника питания

Проблемы, вызванные гармоническими токами

(1) Перегрев нейтрали

  • В трехфазной системе форма волны напряжения от каждой фазы к нейтрали, так что, когда каждая фаза одинаково нагружена, точка звезды ° смещается на 120 единиц комбинированного тока в нейтрали.
  • Когда нагрузки не сбалансированы, в нейтрали течет только чистый несбалансированный ток. В прошлом установщики (с одобрения органов стандартизации) воспользовались этим фактом, установив нейтральные проводники половинного размера. Однако, хотя основные токи компенсируются, гармонические токи нет - фактически те, которые нечетно кратны трехкратным основным гармоникам, «тройным N» гармоникам, добавляют нейтраль.
  • Токи третьей ° фазы, вводимые при 120 гармониках каждой фазы, идентичны, что в три раза превышает частоту и одну треть (основного) смещения цикла.
  • Внизу показан эффективный нейтральный ток третьей гармоники. В этом случае 70% тока третьей гармоники в каждой фазе дает 210% тока в нейтрали.
  • Примеры использования в коммерческих зданиях обычно показывают токи нейтрали между 150% и 210% фазных токов, часто в проводе половинного размера!
  • Есть некоторая путаница относительно того, как дизайнеры должны решать эту проблему.
  • Простым решением при использовании одножильных кабелей является установка нейтрали двойного размера в виде двух отдельных проводников или одного большого проводника.
  • Ситуация, когда используются многожильные кабели, не так проста. Номинальные характеристики многожильных кабелей (например, приведенные в IEC 60364–5-523, таблица 52 и BS 7671, приложение 4) предполагают, что нагрузка сбалансирована и нейтральный проводник не пропускает ток, другими словами, только три из четырех или пять жил проводят ток и выделяют тепло. Поскольку допустимая нагрузка кабеля по току определяется исключительно количеством тепла, которое он может рассеять при максимально допустимой температуре, из этого следует, что кабели, пропускающие тройные токи N, должны быть снижены.
  • В примере, показанном выше, кабель пропускает пять единиц тока - три в фазах и два в нейтрали, в то время как он был рассчитан на три единицы. Его следует снизить примерно до 60% от нормального.
  • IEC 60364-5-523, приложение C (справочное) предлагает ряд факторов снижения номинальных характеристик в соответствии с присутствующим гармоническим током тройного N. На рисунке 13 показан коэффициент снижения номинальных характеристик по отношению к содержанию гармоник тройного N для снижения номинальных значений, описанного в IEC 60364-5-523, приложение C, и для теплового метода, использованного выше.

(2) Воздействие на трансформаторы

  • На трансформаторы гармоники влияют двояко.
  • Во-первых, потери на вихревые токи , обычно около 10% потерь при полной нагрузке, увеличиваются пропорционально квадрату номера гармоники.
  • На практике для полностью загруженного трансформатора, питающего нагрузку, состоящую из оборудования IT, общие потери в трансформаторе будут в два раза выше, чем для эквивалентной линейной нагрузки.
  • Это приводит к гораздо более высокой рабочей температуре и более короткому сроку службы.Фактически, при таких обстоятельствах срок службы сократится с примерно 40 лет до примерно 40 дней! К счастью, несколько трансформаторов полностью загружены, но при выборе установки необходимо учитывать этот эффект.
  • Второй эффект касается гармоник с тройным N . При отражении обратно в обмотку треугольником все они находятся в фазе, поэтому в обмотке циркулируют гармонические токи тройного N.
  • Гармоники тройного N эффективно поглощаются обмоткой и не распространяются на источник питания, поэтому трансформаторы с треугольной обмоткой полезны в качестве разделительных трансформаторов.Обратите внимание, что все другие гармоники, не являющиеся тройными N, проходят. При оценке трансформатора необходимо учитывать циркулирующий ток.

(3) Непредвиденное срабатывание выключателей

  • Автоматические выключатели остаточного тока (RCCB) работают путем суммирования тока в фазном и нейтральном проводниках и, если результат выходит за пределы номинального значения, отключения питания от нагрузки. Мешающее отключение может происходить при наличии гармоник по двум причинам.
  • Во-первых, RCCB, будучи электромеханическим устройством, может неправильно суммировать высокочастотные составляющие и, следовательно, срабатывать ошибочно.
  • Во-вторых, оборудование, генерирующее гармоники, также генерирует коммутационные шумы, которые необходимо фильтровать при подключении питания оборудования. Фильтры, обычно используемые для этой цели, имеют конденсатор, соединяющий линию и нейтраль с землей, и поэтому пропускают небольшой ток на землю.
  • Этот ток ограничен стандартами до менее 3.5 мА и обычно намного ниже, но когда оборудование подключено к одной цепи, тока утечки может быть достаточно для отключения ВДТ. Ситуацию легко преодолеть, предоставив больше цепей, каждая из которых будет обеспечивать меньшее количество нагрузок.
  • Мешающее срабатывание автоматических выключателей (MCB) обычно возникает из-за того, что ток, протекающий в цепи, превышает ожидаемый из расчетов или простых измерений из-за наличия гармонических токов.
  • Большинство портативных измерительных приборов не измеряют истинные среднеквадратичные значения и могут недооценивать несинусоидальные токи на 40%.

(4) Перенапряжение конденсаторов коррекции коэффициента мощности

  • Конденсаторы коррекции коэффициента мощности предназначены для того, чтобы потреблять ток с опережающим фазовым углом для компенсации запаздывающего тока, потребляемого индуктивной нагрузкой, такой как асинхронные двигатели.
  • Эффективная схема замещения конденсатора PFC с нелинейной нагрузкой. Импеданс конденсатора PFC уменьшается с ростом частоты, в то время как полное сопротивление источника обычно индуктивно и увеличивается с увеличением частоты.Следовательно, конденсатор может пропускать довольно высокие гармонические токи, и, если он не был специально разработан для их обработки, это может привести к повреждению.
  • Потенциально более серьезная проблема заключается в том, что конденсатор и паразитная индуктивность системы питания могут резонировать на одной из частот гармоник или около нее (что, конечно, происходит с интервалами 100 Гц). Когда это происходит, могут возникать очень большие напряжения и токи, что часто приводит к катастрофическому отказу конденсаторной системы.
  • Резонанса можно избежать, добавив индуктивность последовательно с конденсатором, так что комбинация будет просто индуктивной на самой низкой значимой гармонике. Это решение также ограничивает гармонический ток, который может протекать в конденсаторе. Физический размер индуктора может быть проблемой, особенно при наличии гармоник низкого порядка.

(5) Скин-эффект

  • Переменный ток имеет тенденцию течь по внешней поверхности проводника.Это известно как скин-эффект и более выражено на высоких частотах.
  • Скин-эффект обычно игнорируется, потому что он очень мало влияет на частотах источника питания, но выше примерно 350 Гц, то есть седьмой гармоники и выше, скин-эффект станет значительным, вызывая дополнительные потери и нагрев. Там, где присутствуют гармонические токи, проектировщики должны учитывать скин-эффект и соответственно снижать номиналы кабелей.
  • Для решения этой проблемы можно использовать несколько жил кабеля или многослойные шины.Также обратите внимание, что монтажные системы сборных шин должны быть спроектированы так, чтобы избежать механического резонанса на гармонических частотах.

Проблемы, вызванные гармоническими напряжениями

(1) искажение напряжения

  • Поскольку источник питания имеет полное сопротивление, гармонические токи нагрузки вызывают гармонические искажения напряжения на форме волны напряжения (это причина «плоской вершины»).
  • Импеданс состоит из двух элементов: внутренней кабельной разводки от точки общего соединения (PCC) и внутренней проводки на PCC, т.е.г. трансформатор местного питания.
  • Искаженный ток нагрузки, потребляемый нелинейной нагрузкой, вызывает искаженное падение напряжения на импедансе кабеля. Результирующая искаженная форма волны напряжения применяется ко всем другим нагрузкам, подключенным к той же цепи, в результате чего в них протекают гармонические токи, даже если они являются линейными нагрузками.
  • Решение: Решение состоит в том, чтобы отделить цепи, питающие нагрузки, генерирующие гармоники, от тех, которые питают нагрузки, чувствительные к гармоникам, как показано на рисунке 16.Здесь отдельные цепи питают линейную и нелинейную нагрузки от точки общей связи, так что искажение напряжения, вызванное нелинейной нагрузкой, не влияет на линейную нагрузку.
  • При рассмотрении величины гармонических искажений напряжения следует помнить, что при переключении нагрузки на ИБП или резервный генератор во время сбоя питания полное сопротивление источника и результирующее искажение напряжения будут намного выше.
  • Если установлены местные трансформаторы, их следует выбирать так, чтобы они имели достаточно низкий выходной импеданс и достаточную мощность, чтобы выдерживать дополнительный нагрев, другими словами, путем выбора трансформатора соответствующего размера.
  • Обратите внимание, что нецелесообразно выбирать конструкцию трансформатора, в которой увеличение мощности достигается просто за счет принудительного охлаждения - такой блок будет работать при более высоких внутренних температурах и иметь сокращенный срок службы. Принудительное охлаждение следует использовать только в аварийных ситуациях и никогда не полагаться на нормальную работу.

(2) Асинхронные двигатели

  • Гармоническое искажение напряжения вызывает повышенные потери на вихревые токи в двигателях так же, как и в трансформаторах.Однако дополнительные потери возникают из-за генерации гармонических полей в статоре, каждое из которых пытается вращать двигатель с разной скоростью вперед или назад. Наведенные в роторе токи высокой частоты дополнительно увеличивают потери.
  • При наличии гармонических искажений напряжения двигатели должны быть уменьшены в номинальном состоянии с учетом дополнительных потерь.

(3) Шум перехода через ноль

  • Многие электронные контроллеры определяют точку, в которой напряжение питания пересекает ноль вольт, чтобы определить, когда следует включить нагрузку.Это происходит потому, что переключение индуктивных нагрузок при нулевом напряжении не вызывает переходных процессов, что снижает электромагнитные помехи (EMI) и нагрузку на полупроводниковые коммутационные устройства.
  • Когда в источнике питания присутствуют гармоники или переходные процессы, скорость изменения напряжения на переходе становится быстрее и труднее идентифицировать, что приводит к неустойчивой работе. Фактически, за полупериод может происходить несколько переходов через ноль.

(4) Гармонические проблемы, влияющие на питание

  • Когда гармонический ток поступает из источника питания, он вызывает падение гармонического напряжения, пропорциональное импедансу источника в точке общей связи (PCC) и току.
  • Поскольку сеть питания обычно индуктивная, полное сопротивление источника выше на более высоких частотах. Конечно, напряжение на PCC уже искажено гармоническими токами, потребляемыми другими потребителями, и искажениями, присущими трансформаторам, и каждый потребитель вносит дополнительный вклад.

Средства для уменьшения гармонических проблем:

(1) Нейтральный проводник с превышением номинального размера

  • В трехфазных цепях с общей нейтралью обычно увеличивается размер нейтрального проводника до 200%, когда обслуживаемая нагрузка состоит из нелинейных нагрузок.Например, большинство производителей системной мебели предоставляют провод 10 AWG с клеммами на 35 А для нейтрали, совместно используемой с тремя фазными проводниками 12 AWG.
  • В фидерах с большой нелинейной нагрузкой нейтральный провод фидера и шина панели управления также должны быть большего размера.

(2) Использование отдельных нейтральных проводников

  • В трехфазных ответвленных цепях другая философия заключается в том, чтобы не объединять нейтрали, а прокладывать отдельные нейтральные проводники для каждого фазного провода. Это увеличивает использование меди на 33%. Несмотря на то, что это успешно устраняет добавление гармонических токов на нейтрали ответвленной цепи, номинальная шина нейтрали панели управления и нейтральный провод фидера все же должны быть большего размера.
  • Увеличенный размер трансформаторов и генераторов: Увеличенный размер оборудования для увеличения тепловой мощности должен также применяться для трансформаторов и генераторов, которые обслуживают нагрузки, генерирующие гармоники. Более крупное оборудование содержит больше меди.

(3) Пассивные фильтры

  • Пассивные фильтры используются для обеспечения низкоомного пути для гармонических токов, чтобы они протекали в фильтре, а не в источнике питания.
  • Фильтр может быть разработан для одиночной гармоники или для широкой полосы в зависимости от требований.
  • Иногда предлагаются простые серийные полосовые заградительные фильтры либо в фазе, либо в нейтрали. Последовательный фильтр предназначен для блокирования гармонических токов, а не для обеспечения их контролируемого пути, поэтому на нем возникает большое падение гармонического напряжения.
  • Эта гармоника напряжения появляется в цепи питания со стороны нагрузки. Поскольку напряжение питания сильно искажено, оно больше не соответствует стандартам, для которых оборудование было разработано и на которое распространяется гарантия.Некоторое оборудование относительно нечувствительно к этим искажениям, но некоторые очень чувствительны. Серийные фильтры могут быть полезны в определенных обстоятельствах, но их следует применять осторожно; их нельзя рекомендовать как решение общего назначения.

(4) Изолирующие трансформаторы

  • Как упоминалось ранее, тройные токи N циркулируют в обмотках трансформаторов, соединенных треугольником. Хотя это проблема для производителей трансформаторов и спецификаций - необходимо учитывать дополнительную нагрузку, это выгодно для разработчиков систем, поскольку изолирует гармоники тройного N от источника питания.
  • Такой же эффект можно получить, используя трансформатор с зигзагообразной обмоткой. Зигзагообразные трансформаторы - это автотрансформаторы звездообразной конфигурации с определенным соотношением фаз между обмотками, которые соединены шунтом с источником питания.

(5) Активные фильтры

  • Упомянутые до сих пор решения подходят только для определенных гармоник, разделительный трансформатор используется только для гармоник с тройным N, а пассивные фильтры - только для их расчетной гармонической частоты.В некоторых установках содержание гармоник менее предсказуемо.
  • Например, во многих ИТ-установках состав и расположение оборудования постоянно меняются, так что гармоническая культура также постоянно меняется. Удобное решение - активный фильтр или активный кондиционер.
  • Активный фильтр - это шунтирующее устройство. Трансформатор тока измеряет гармонический состав тока нагрузки и управляет генератором тока, чтобы создать точную копию, которая возвращается в источник питания в следующем цикле.Поскольку гармонический ток исходит от активного стабилизатора, от источника питания потребляется только основной ток. На практике величины гармонических токов уменьшаются на 90%, и, поскольку сопротивление источника на гармонических частотах уменьшается, искажения напряжения уменьшаются.

(6) Трансформаторы с рейтингом K

  • Специальные трансформаторы были разработаны для компенсации дополнительного нагрева, вызываемого этими гармоническими токами. Эти типы трансформаторов теперь обычно используются для новых компьютерных залов и компьютерных лабораторий.

(7) Специальные трансформаторы

  • Существует несколько специальных типов трансформаторных соединений, которые могут подавлять гармоники. Например, традиционное соединение трансформатора треугольник-звезда улавливает все тройные гармоники (третья, девятая, пятнадцатая, двадцать первая и т. Д.) В треугольнике.
  • Дополнительные специальные соединения обмоток могут использоваться для подавления других гармоник на сбалансированных нагрузках. В этих системах также используется больше меди. Эти специальные трансформаторы часто используются в компьютерных залах с хорошо сбалансированными нагрузками, производящими гармоники, такими как универсальные блоки с несколькими входами или согласованные периферийные устройства DASD.

(8) Фильтрация

  • Хотя многие фильтры не работают особенно хорошо в этом диапазоне частот, специальные электронные следящие фильтры могут очень хорошо устранить гармоники.
  • Эти фильтры в настоящее время относительно дороги, но их следует учитывать для тщательного устранения гармоник.

(9) Специальные замеры

  • Стандартные клещи-клещи чувствительны только к току 60 Гц, поэтому они рассказывают только часть истории.Новые измерители «истинного среднеквадратичного значения» будут определять ток в диапазоне до килогерц. Эти измерители следует использовать для обнаружения гармонических токов. Разница между показаниями клещевого амперметра старого образца и истинного среднеквадратичного значения амперметра вам покажет. указание количества присутствующего гармонического тока.
  • Описанные выше меры устраняют только симптомы проблемы. Для решения проблемы необходимо указать оборудование с низким уровнем гармоник. Это проще всего сделать при указании электронных балластов. Некоторые производители выпускают электронные балласты, которые производят менее 15% гармоник.Эти балласты следует учитывать при любой модернизации балласта или любом новом проекте. До тех пор, пока не будут доступны компьютеры с низким уровнем гармоник, следует рассмотреть возможность разделения этих гармонических нагрузок на разные цепи, разные щитовые панели или использование трансформаторов. Это разделение «грязных» и «чистых» нагрузок является фундаментальным в современном электрическом проектировании. Это равносильно большему количеству ответвленных цепей и большему количеству панельных плат, следовательно, большему использованию меди.

Нравится:

Нравится Загрузка ...

Связанные

О Джинеше. Пармар (B.E, Mtech, MIE, FIE, CEng)
Джигнеш Пармар закончил M.Tech (Power System Control), B.E (Electric). Он является членом Института инженеров (MIE) и CEng, Индия. Номер участника: M-1473586. Он имеет более чем 16-летний опыт работы в сфере передачи, распределения, обнаружения кражи электроэнергии, технического обслуживания и электротехнических проектов (планирование-проектирование-технический обзор-координация-выполнение). В настоящее время он является сотрудником одной из ведущих бизнес-групп в качестве заместителя менеджера в Ахмедабаде, Индия.Он опубликовал ряд технических статей в журналах «Электрическое зеркало», «Электрическая Индия», «Освещение Индии», «Умная энергия», «Industrial Electrix» (Австралийские публикации в области энергетики). Он является внештатным программистом Advance Excel и разрабатывает полезные базовые электрические программы Excel в соответствии с кодами IS, NEC, IEC, IEEE. Он технический блоггер и знает английский, хинди, гуджарати, французский языки. Он хочет поделиться своим опытом и знаниями и помочь техническим энтузиастам найти подходящие решения и обновиться по различным инженерным темам.

Гармоник в вашей электрической системе

Гармоники энергосистемы

Гармоники энергосистемы Тихоокеанской газовой и электрической компании Что такое гармоники энергосистемы? В идеале формы сигналов напряжения и тока представляют собой идеальные синусоиды.Однако из-за возросшей популярности электронных

Подробнее

Бюллетень данных о продукте

Бюллетень с данными о продукте Причины и влияние гармоник в системе питания от частотно-регулируемых приводов по сравнению со стандартом IEEE 519-1992 Роли, Северная Каролина, США ВВЕДЕНИЕ В этом документе описывается энергосистема

Подробнее

Снижение гармоник в центре обработки данных

Снижение гармоник в центре обработки данных Патрисия Матвейек Менеджер по продукции Eaton Эд Спирс Менеджер по маркетингу продукции Eaton Краткое содержание Гармоники в линии могут иметь дорогостоящие и разрушительные последствия для электрооборудования

Подробнее

Сетевые реакторы и приводы переменного тока

Сетевые реакторы и приводы переменного тока Rockwell Automation Mequon Wisconsin Довольно часто линейные и нагрузочные реакторы устанавливаются на приводы переменного тока без четкого понимания того, почему и каковы положительные и отрицательные последствия.

Подробнее

Автоматические выключатели серии Sentron

Автоматические выключатели серии Sentron Автоматические выключатели серии Sentron доступны в девяти типоразмерах: ED, FD, JD, LD, LMD, MD, ND, PD и RD.Автоматические выключатели серии Sentron имеют широкий ассортимент

Подробнее

Трансформаторы тока

Tyco Electronics Corporation Crompton Instruments 1610 Cobb International Parkway, Unit # 4 Kennesaw, GA 30152 Тел. 770-425-8903 Факс. 770-423-7194 Трансформаторы тока Трансформаторы тока (ТТ) обеспечивают

Подробнее

PI734D - Лист технических данных

PI734D - Технический паспорт PI734D ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СТАНДАРТЫ ОПЦИЙ Промышленные генераторы Newage Stamford соответствуют требованиям стандарта BS EN 60034 и соответствующих разделов других национальных и международных стандартов

Подробнее

PI734B - Лист технических данных

PI734B - Технический паспорт PI734B ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СТАНДАРТЫ ОПЦИЙ Промышленные генераторы Newage Stamford соответствуют требованиям BS EN 60034 и соответствующим разделам других национальных и международных стандартов

Подробнее

Основы власти

Основы энергетики. Основы энергетики, 2008 г., American Power Conversion Corporation.Все права защищены. Все представленные товарные знаки являются собственностью соответствующих владельцев. Цели обучения на

Подробнее

Установка 33 Трехфазные двигатели

Модуль 33 Трехфазные двигатели Цели: Обсудить работу двигателей с фазным ротором. Обсудите работу сельсиновых моторов. Обсудите работу синхронных двигателей. Определить направление вращения

Подробнее

Распределение мощности на блейд-серверы

Распределение питания на блейд-серверы Десять шагов к выбору оптимальной схемы распределения питания С ростом числа блейд-серверов с двойными или тройными источниками питания одна стойка оборудования может легко

Подробнее

Падение напряжения.Падение напряжения 1

Падение напряжения. Техническая информация, представленная в данном документе, предназначена для помощи квалифицированным специалистам в планировании и установке электроснабжения ферм и жилых домов. Квалифицированное лицо определено в статье 100 закона

. Подробнее

Объекты 21 века

Электрические испытания. Оборудование 21-го века. Владельцы объектов сталкиваются с серьезными проблемами. Требуется надежность в режиме 24 X 7. Нелинейные нагрузки вызывают гармоники. Компьютеры с частотно-регулируемым приводом. Переключение переходных процессов нарушает работу Меньше клиентов

Подробнее

ГЛАВА 2 ПРИМЕРЫ И ТАБЛИЦЫ

ГЛАВА 2 ПРИМЕРЫ И ТАБЛИЦЫ КОММЕНТАРИЙ НА 210.20 (A) ИСКЛЮЧЕНИЕ Устройство максимального тока, которое подает постоянные и прерывистые нагрузки, должно иметь номинальные характеристики, которые не меньше суммы 100 процентов от

Подробнее

Рабочий лист EET272, неделя 9

Рабочий лист EET272 Неделя 9 ответьте на вопросы 1–5 в рамках подготовки к обсуждению викторины в понедельник. Завершите остальные вопросы для обсуждения в классе в среду. Вопрос 1 Вопросы AC становятся

Подробнее

UCI274C - Лист технических данных

- Технический паспорт ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СТАНДАРТЫ ОПЦИЙ Промышленные генераторы Newage Stamford соответствуют требованиям BS EN 60034 и соответствующему разделу других международных стандартов, таких как BS000,

Подробнее

UCI274H - Лист технических данных

- Технический паспорт ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СТАНДАРТЫ ОПЦИЙ Промышленные генераторы Newage Stamford соответствуют требованиям BS EN 60034 и соответствующему разделу других международных стандартов, таких как BS000,

Подробнее

BCI184E - Лист технических данных

BCI184E - Технический паспорт BCI184E ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОПЦИИ СТАНДАРТЫ Промышленные генераторы Newage Stamford соответствуют требованиям BS EN 60034 и соответствующему разделу других международных стандартов

Подробнее

Электрические системы. <Ведущий>

Ознакомьтесь с первопричинами неэффективности использования энергии. Дорожная карта для достижения максимальной эффективности использования энергии. Передовые методы управления альтернативными источниками энергии. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ НЕЭФФЕКТИВНОСТЬ

Подробнее

SmartOnline 200-240 В, 6 кВА, 4,2 кВт, интерактивный ИБП с двойным преобразованием, расширенная работа, SNMP, веб-карта, стойка / башня 6U, последовательный порт DB9, проводное соединение

SmartOnline 200-240В 6кВА 4.ИБП с двойным преобразованием в оперативный режим мощностью 2 кВт, расширенная работа, SNMP, веб-карта, стойка / башня 6U, последовательный порт DB9, проводное соединение НОМЕР МОДЕЛИ: SU6000RT3UHV Особенности 6000 ВА / 6 кВА / 4200 Вт с двойным преобразованием в режиме онлайн

Подробнее

АНАЛИЗАТОРЫ ЧАСТОТНЫХ ОТКЛИКОВ

АНАЛИЗАТОРЫ ЧАСТОТНОГО ОТКЛИКА Анализаторы динамического отклика Сервоанализаторы Когда вам необходимо стабилизировать петли обратной связи для измерения характеристик оборудования для измерения отклика системы BAFCO, INC. 717 Mearns Road

Подробнее

ИСПЫТАНИЕ НА ОБМОТКУ

ИСПЫТАНИЯ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ОБМОТКИ НАБОР ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА МОЩНОСТЬ, МОДЕЛЬ WRT-100 ADWEL INTERNATIONAL LTD. 60 Ironside Crescent, Unit 9 Scarborough, Ontario, Canada M1X 1G4 Телефон: (416) 321-1988 Факс: (416) 321-1991

Подробнее

Инженерные инновации

Электротехнические услуги и системные решения Eaton ориентированы на бесшовные решения для надежных, эффективных и безопасных энергетических систем Инновационные разработки Прогрессивные решения для современных энергосистем

Подробнее

SmartOnline 200-240В 5кВА 4.Он-лайн ИБП с двойным преобразованием мощностью 5 кВт, увеличенная мощность, SNMP, веб-карта, стойка / башня 4U, USB, последовательный порт DB9

SmartOnline 200-240 В, 5 кВА, 4,5 кВт, интерактивный ИБП с двойным преобразованием, расширенная работа, SNMP, веб-карта, стойка / башня 4U, USB, последовательный порт DB9 НОМЕР МОДЕЛИ: SU5000RT4UHV Описание Tripp Lite SU5000RT4UHV 5000 ВА / 5 кВА /

Подробнее

Гармонические эффекты нагрузок энергосистемы: экспериментальное исследование

В связи с увеличением разнообразия нагрузок, используемых в энергосистемах, возникла необходимость проанализировать влияние нагрузки на энергосистему. В этом исследовании были представлены гармонические эффекты нагрузок в энергосистеме. Нагрузки в энергосистеме рассматриваются в двух различных категориях: нагрузки системы распределения и нагрузки системы передачи.

3.1. Нагрузки распределительной системы

Гармоническая эффективность нагрузок, часто используемых в энергосистеме, была продемонстрирована проведенными измерениями в настоящем исследовании. Измерения проводились для оргтехники (компьютер, принтер, сканер), кондиционера, осветительных приборов, драйверов и посуды (холодильник, микроволновая печь).

3.1.1. Офисное оборудование

Многие устройства были разработаны для облегчения профессиональной жизни в зависимости от технологических достижений. Все большее количество этого оборудования приходилось на нагрузку энергосистемы. Эти офисные устройства, такие как компьютер, принтер, сканер и т. Д., В которых используются силовые электронные компоненты, оказывают искажающее воздействие на системы электроснабжения.

Чтобы четко увидеть искажения качества электроэнергии, были проведены измерения качества электроэнергии для настольного компьютера, принтера и сканера в качестве офисного оборудования.Значения активной мощности, реактивной мощности, общего гармонического искажения тока (THD I ), коэффициента мощности и cosϕ, полученные в результате измерений на офисном оборудовании, приведены в таблице 2 [4, 5];

907 907 907 PF
    04 907
907 907 907 , 55
P (W) Q (VAr) THDI (%) PF
    04
140 100 70.3 0,82 1
Принтер 174 154 36,9 0,76 0,92
Сканер 132 13 0,92

Таблица 2.

Результаты измерений офисного оборудования

Как ясно видно в таблице 2, значения THD I для всего измеренного офисного оборудования превышают стандартные значения.У принтера наихудший уровень качества электроэнергии со значением% 132,4 THD I . Поскольку значения мощности и тока рассматриваемых устройств очень низкие, предполагается, что воздействие этого оборудования не может нанести вред энергосистеме. Однако количество бизнес-центров растет, и наблюдается очень значительный рост коллективного использования этих устройств. При включении в это число отдельного пользователя влияние офисных устройств на энергосистемы достигает очень высокого уровня, который нельзя игнорировать.

Все измеряемое офисное оборудование отличается низким коэффициентом мощности, как показано в таблице 2.В этом случае было бы полезно, что реализация компенсационного фильтра особенно важна на подстанциях, питающих бизнес-центры.

На рисунке 5 показаны формы сигналов напряжения и тока измеряемого оборудования.

Рисунок 5.

Осциллограммы напряжения-тока измеряемого оборудования

3.1.2. Кондиционер

В настоящее время кондиционер используется как для охлаждения, так и для обогрева. Особенно летом наблюдается приличный рост использования кондиционеров.Тем не менее, влияние нагрузок кондиционирования на энергосистему возрастает. В частности, в теплых регионах на энергосистему могут проявиться перегрузки и разрушительные воздействия. Эта ситуация подчеркивает необходимость анализа воздействия нагрузок кондиционирования воздуха на энергосистему. В соответствии с этой целью выполнены измерения качества электроэнергии шести коммерческих кондиционеров воздуха, результаты которых приведены в таблице 3.

Кондиционер БТЕ / ч Pn (Вт) In (A) Коэффициент мощности THDv (%) THDi (%)
A 9607000 4,0 0,98 2,600 17,042
B 9000 1.000 4,0 0,98 2,200 16 7000 680 3,0 0,98 3,702 17,879
D 12000 1230 5,7 14,863 7 5,7 0,99 907
E 21000 2100 9,5 0,57 3,201 19,881
F 11200 1250 63 907,960 907 1,663 907,960 907 13,419

Таблица 3.

Результаты измерений кондиционеров

Из таблицы 3 можно ясно увидеть, что, за исключением кондиционера E, значения коэффициента мощности всех рассматриваемых кондиционеров превышают 0,98. Аналогично этой ситуации, значения cosφ измеренных блоков кондиционирования воздуха равны 0,99 или 1,00, за исключением кондиционера E. Кондиционер E имеет очень низкий коэффициент мощности со значением 0,57. Следовательно, компенсация мощности должна выполняться там, где используются эти кондиционеры. Однако рассматриваемые кондиционеры являются однофазным оборудованием и используются в местах, где не требуется выплачивать компенсацию, таких как дома, офисы и т. Д.В этом случае потребность в реактивной мощности обеспечивается распределительными трансформаторами, и значение напряжения будет изменяться. Эта ситуация создает серьезные проблемы для распределительных трансформаторов, особенно летом, из-за более широкого использования кондиционеров.

Суммарные гармонические искажения кондиционера E являются наихудшими из рассматриваемых кондиционеров со значением THD I , равным 19 881%. Кроме того, значение коэффициента мощности кондиционера E очень низкое. Осциллограммы напряжения-тока и спектр гармоник кондиционера E приведены на рисунке 6.

При рассмотрении значений таблицы 3 в целом, общие значения гармонических искажений для всех кондиционеров превышают 10%. Следовательно, измеряемые блоки кондиционирования воздуха действуют как источник гармоник и искажают форму волны напряжения в энергосистеме.

Рис. 6.

Осциллограммы напряжения-тока и спектр гармоник кондиционера E

В результате глобального потепления установленная мощность кондиционеров увеличивается параллельно с повышением температуры. Соответственно нарастают гармонические искажения низковольтной энергосистемы.В заключение предлагается фильтрация компенсации на распределительных подстанциях, которые входят в состав большого количества блоков кондиционирования воздуха.

3.1.3. Осветительные устройства

Хотя осветительные нагрузки в целом не учитываются, а нагрузки энергосистемы ранжируются. Они занимают важное место в энергосистемах. Особенно следует учитывать влияние осветительных нагрузок в ночное время.

Люминесцентные лампы, работающие по газоразрядному принципу и имеющие высокий коэффициент воздействия (КПД), предпочтительнее для освещения лампам накаливания. Компактные люминесцентные лампы - широко используемые разновидности этих устройств. Блок-схема этих ламп представлена ​​на рисунке 7. [6].

Рис. 7.

Блок-схема компактного люминесцентного светильника

Напряжение сети с основной частотой 50 Гц (или 60 Гц) сначала направляется выпрямителем, а затем фильтруется конденсатором. Полученное постоянное напряжение преобразуется в высокочастотное (20 кГц - 50 кГц) переменное напряжение с помощью инвертора и подается на люминесцентную лампу. При увеличении частоты приложенного напряжения увеличивается световой поток и увеличивается ударная сила устройства [7].

Люминесцентные лампы вырабатывают гармонические составляющие и несинусоидальные токи из-за их нелинейных вольт-амперных характеристик. В связи с их характеристиками требуется подробный анализ там, где они широко используются. Результаты измерения качества электроэнергии для имеющихся в продаже устройств приведены в таблице 4 [8].

Irms (A) P (W) Q (VAr) cos3
    04
      04 907 %)
Компактный люминесцентный A 0,077 10,3 14,0 0,59 0,89 108,8
Компактный люминесцентный B 0,12601 16,6 21,6 0,61 0,89 105,4
Компактный люминесцентный C 0,170 22 34,0 0,54 0, 94 123,3
Флуоресцентный барашек 0,336 44 62 0,58 0,60 10,3

Таблица 4.

Результаты измерений люминесцентных ягнят

По результатам измерений значения THD I компактных люминесцентных ламп достигают 123%. Тогда как значение THD I люминесцентных ламп составило% 10,3. Измерения показывают, что все лампы имеют очень низкие значения коэффициента мощности.

Изменение THD I в зависимости от напряжения для компактных люминесцентных ламп показано на рисунке 3.4. Как показано на рисунке 8, значения THD I лампы C особенно высоки при напряжении более 220 В.

Гармонические токи, вводимые в сеть люминесцентной лампой, незначительны из-за ее малой мощности. Однако, когда большое количество люминесцентных ламп используется вместе, их эффекты важны для исследований искажений качества электроэнергии.

Рисунок 8.

Изменение значений THDI в зависимости от напряжения для нескольких компактных люминесцентных ламп.

3.1.4. Моторные приводы

Моторные приводы играют важную роль в обеспечении управления и эффективного использования электрических машин.Благодаря технологическим разработкам моторные приводы стали более совершенными и получили более широкую область применения. Многие коммерческие предприятия используют моторные приводы в своих двигательных системах. Моторные приводы становятся значительной нагрузкой на энергосистему с увеличением использования.

Мгновенные или постоянные колебания напряжения и частоты могут происходить, особенно в точках, питающих промышленные предприятия. Моторные приводы не только являются источником гармоник, но и подвержены этим изменениям. На рисунке 9 показаны общие гармонические искажения однофазного электродвигателя в зависимости от переменного напряжения и частоты [9].Уровень напряжения фиксируется в соответствии с номинальным напряжением моторных приводов, а частота регулируется.

Рис. 9.

THDI характеристика рассматриваемого моторного привода

Общее гармоническое искажение тока электропривода уменьшилось до минимального значения при номинальных уровнях напряжения и частоты, как показано на Рисунке 9. С другой стороны, полное гармоническое искажение достигло очень высокого значения на низких уровнях напряжения и частоты. Можно предположить, что использование регуляторов напряжения и частоты снижает общие гармонические искажения на промышленных предприятиях, включая моторные приводы.

3.1.5. Бытовая техника

Несмотря на те удобства, которые они создают в повседневной жизни, бытовая техника занимает место в электроэнергетической системе как нагрузка энергосистемы. Считается, что бытовая техника используется несколько раз в день; очевидна важность их воздействия на энергосистему. Измерения качества электроэнергии офисного холодильника и микроволновой печи приведены в таблице 5 [4, 5].

Как видно из таблицы 5, значения THD I для всего измеренного бытового оборудования превышают стандартные уровни.Особенно пагубно влияет микроволновая печь на энергосистему с уровнем THD I % 39,3. Однако худшие характеристики по коэффициенту мощности показали холодильники офисного типа. В результате анализа можно сказать, что другая бытовая техника оказывает аналогичное влияние на энергосистему. В этом случае необходимо учитывать характеристики системных нагрузок и принимать соответствующие меры во время планирования энергосистемы.

THDI (%) Irms (A) P (Вт) Q ( Q (VAr) Q (VAr) Коэффициент мощности Q (VAr) Q (VAr) cosφ
Холодильник 13.3 0,608 97 98 0,70 0,72
Микроволновая печь 39,3 5,39 1110 390 900 Таблица 5. Результаты измерения

бытового оборудования

Кривые напряжения и тока измеренного бытового оборудования показаны на рисунке 10.

Рисунок 10.

Осциллограммы напряжения-тока измеренного домашнего оборудования

3.2. Нагрузки системы передачи

В этой части представлена ​​гармоническая эффективность нагрузок, которые напрямую подключены к системе передачи. В рамках Национального проекта качества электроэнергии Турции были проведены измерения качества электроэнергии по более чем 150 точкам. Результаты измерений непрерывно проводились в течение 7 дней и затем обрабатывались.

В этом исследовании также демонстрируются гармонические эффекты нагрузок, которые напрямую подключены к измеряемой системе передачи.В результате проведенных измерений было замечено, что особенно металлургические заводы и крупные промышленные объекты оказывают значительное влияние на электрическую сеть.

В качестве примера изменение THD v во времени, измеренное на распределительной подстанции, которая питает промышленные нагрузки, показано на рисунке 11.

Рисунок 11.

Изменение THDv во времени, принадлежащее распределительной подстанции

Кроме того, на рисунке 12 показано вариант TDD I для металлургического завода.Как легко видно из рисунка, на одних и тех же подстанциях наблюдаются заметные искажения. Из-за этого следует особо упомянуть влияние крупных промышленных предприятий и металлургических заводов, а для подстанций, питающих эти нагрузки, следует применять устойчивые решения, такие как фильтры гармоник, STATCOM и т. Д. В заключение можно сказать, что проблемы с качеством электроэнергии могут наблюдаться в системе передачи, помимо системы распределения.

Рис. 12.

Вариант TDDI металлургического завода

Что такое проектирование?

В слове «инженер» есть что-то особенное, и каждый инженер любит использовать фразу «Да, я инженер» без усталости в течение всего дня.

Инженерная профессия также считается одной из самых желанных согласно результатам многих опросов, проведенных на протяжении многих лет, однако что такое инженерия?

Здесь мы спрашиваем не о стандартном определении из учебников, а о более глубоком вопросе о потоке науки, который дал нам мужчин и женщин, которые продолжили формировать мир.

Проще говоря, инженерия - это приложение науки для решения реальных проблем, и инженеры - это те, кто обучен этому.Листая страницы истории, легко увидеть, как инженеры оставили свой след в этом мире, а современный мир, в котором мы живем, совершенно невозможен без них.

От Архимеда, который был инженером-классиком до Леонардо да Винчи и Николы Тесла, до современного именитого Илона Маска, инженеры формируют мир шаг за шагом.

Инженеры - это особый круг людей, которые любят разбирать вещи, собирать их и наслаждаться этим радостным моментом успеха.

Да, неподготовленному глазу его просто разобрали и собрали обратно, но для инженера тот момент, когда это снова собрано, просто эйфория.

Вы когда-нибудь слышали цитату « Нормальные люди ... верят, что если все в порядке, не чините. Инженеры считают, что если он не сломан, то в нем еще недостаточно функций » - вот что испытывает каждый момент, когда инженер видит что-то, связанное с его областью.

Слово «инженерия» очень обширно, однако важно знать, что существует шесть различных типов инженерии.Эти типы могут иметь внутри себя подтипы, но существует только 6 основных сегментов .

Машиностроение

Эта область, очевидно, связана с машиностроением, и инженеры-механики играют жизненно важную роль от проектирования до производства машин. И эти машины могут различаться по сложности и размерам, каждая из которых спроектирована и построена для определенных целей.

Самая большая машина, построенная на сегодняшний день, - Большой адронный коллайдер, окружность которого составляет 27 километров, став крупнейшим в мире ускорителем частиц.

Другие изобретения, такие как «Большая Берта» и «Прелюдия», показывают, насколько далеко может быть продвинута человеческая инженерия, когда вы думаете о самом большом и величайшем.

Гражданское строительство

Потребность в строительстве зданий и других физических сооружений была частью человеческой цивилизации, и мы даже можем сказать, что гражданское строительство предшествовало любым другим формам инженерии.

Если вы посмотрите на масштаб самого высокого здания в мире или бетонные купола, закрывающие Чернобыль от утечки ядерной энергии, это показывает, насколько важно гражданское строительство как для развития, так и для устойчивости.

Химическая инженерия

Химическая инженерия может звучать как отрасль инженерии, занимающаяся исключительно химическими веществами, но она объединяет в себе различные отрасли науки, такие как биология, физика, математика и т. Д.

Очистка воды с использованием хлорирования и обработка металлов с использованием химикатов все побочные продукты подвигов химической инженерии, украсившие мир.

Инженеры-химики сегодня пользуются большим спросом из-за достижений в области аккумуляторных батарей, за которые, как утверждается, будущее транспорта.Также ведутся активные исследования по созданию заживляющих гелей, которые значительно ускорят заживление ран у человека.

Нефтяная инженерия

Нефтяную инженерию можно назвать двигателем современной промышленности. Нефтяная инженерия связана с переработкой масел, которые мы получаем с земли.

Перерабатывая сырую нефть, мы получаем всевозможные продукты, от реактивного топлива до вазелина.

Автомобиль, который путешествует по Земле, был бы невозможен без инженеров-нефтяников.Нефтяная инженерия почти всегда считается самой высокооплачиваемой инженерной должностью.

Электротехника / Электроника

Мир встал на путь будущего электричества, и инженеры-электрики усердно работают, чтобы воплотить его в жизнь.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *