Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Práce většiny elektrických zařízení je zajištěna kvalitou dodávané elektrické energie. I v podmínkách bezproblémového provozu vznikají v systému procesy, které způsobují výskyt harmonických v elektrických sítích. Současně nemůže dojít k žádnému odpojení nebo narušení, většina harmonických se ve všech obvodech tiše vyrábí bez ohledu na typ zátěže. S nárůstem jejich velikosti je však možné řadu negativních důsledků, a to jak pro spotřebitele, tak pro rozvodnou síť jako celek.

Co jsou harmonické?

Jestliže napětí a proud produkovaný zdrojem, co nejblíže tvaru ideálního sinusoidu, pak díky nelineárním zatížením připojeným k elektrickému obvodu dojde ke zkreslení tvaru počátečního signálu. Harmonické kmitočty jsou deriváty hlavní sinusové vlny při frekvenci 50 Hz a jsou násobky její hodnoty 1].

Mnohonásobností harmonických se dělí na sudé a liché. To znamená, že harmonické číslo 1 - je 50 Hz, 2 - 100 Hz, 3 - 150 Hz, atd. Každá z nich je jednou ze složek výsledného tvaru napětí a proudu. To znamená, že napětí a proud v síti lze volně rozložit na harmonické složky 2].

Harmonické látky a jejich přidávání

Podívejte se na obrázek nahoře, zde vidíte podrobný příklad rozkladu sinusoidu na harmonické a jejich vliv na tvar sinusového napětí. V první poloze je výsledná funkce zobrazena s nelineárními zkresleními, která jsou způsobena níže uvedenými lichými harmonickými a podobnými s vyšší frekvencí. Velikost těchto harmonických určuje velikost skoků a poklesů výsledného signálu. Čím více se tato nebo harmonická projevuje, tím více se bude křivka lišit od sinusové vlny.

Ve skutečnosti je harmonická parazitní emf, která není absorbována stávajícími spotřebiči nebo je absorbována pouze částečně. Vzhledem k tomu, co má negativní dopad na všechny energetické sítě. Přirozená absorpce je prováděna pouze aktivním odporem, ale v množství úměrném výkonu, který spotřebovávají. Současně mohou být spotřebitelé považováni za zdroje aktivně vytvářející zkreslený signál.

Příčiny a zdroje harmonických v elektrických sítích

Hlavní příčinou harmonického zkreslení je výskyt přechodových jevů v elektrických sítích. Bez ohledu na povahu vytvořeného zatížení lze proces přechodu pozorovat při práci stejné žárovky, která se, jak se zdá, vyznačuje extrémně aktivními ztrátami. Rozdíl mezi odporem vlákna lampy v chladném a zahřátém stavu tak vytváří přechodový proces, který zavádí skok. Vzhledem k nízké míře zkreslení a relativně krátkodobému vývoji je však dopad na celý systém zanedbatelný.

Proto můžeme bezpečně říci, že aktivní i reaktivní odpory v sítích napájení mohou přispět k tvorbě harmonických. Existuje však řada zařízení, která způsobují značné zkreslení, které může způsobit značné poškození přístrojů. V praxi zahrnují zdroje zkreslení tyto typy zařízení:

  • Výkonová elektrická zařízení - pohony s přímým a střídavým proudem, vysokofrekvenční tavicí pece, polovodičové měniče, zdroje nepřerušitelného napájení (UPS), frekvenční měniče.
  • Zařízení pracující na principu tvorby elektrického oblouku - elektrické svařovací zařízení, obloukové pece, osvětlovací lampy (DRL, luminiscenční a další).
  • Nasycená zařízení - motory, transformátory s magnetickým jádrem, které mohou dosáhnout saturace hysterezní smyčky. Bez této saturace bude jejich příspěvek k tvorbě harmonické složky bezvýznamný.

U domácích spotřebičů přispívají stejné mikrovlnné trouby k tvorbě nesinusových komponent. Vezměte prosím na vědomí, že vzhledem k vlastnostem provozního režimu může jedna taková pec krátce snížit úroveň napětí v síti o 2 - 4%, a co je významnější, zvýšit koeficient zkreslení křivky o 6 - 18%.

Kategorie a princip oddělení

V souladu se zvláštnostmi procesního toku v sítích a zdrojích napájení jsou všechny harmonické složky konvenčně rozděleny podle následujících parametrů:

  • podél cesty šíření vydávají prostorové nebo vodivé;
  • podle předvídatelnosti času výskytu se rozlišují náhodné nebo systematické;
  • trvání může být krátkodobé (pulzní) nebo dlouhé.

Impulsní poruchy jsou tedy způsobeny jednoduchými komutacemi v napájecí síti, zkraty, přepětími, které by po vypnutí vyžadovaly ruční spínání. A v případě automatického opětného zapnutí se v hlavní harmonické objeví předvídané změny, které jsou pozorovány v několika obdobích.

Dlouhodobé změny jsou způsobeny jakýmkoliv cyklickým zatížením dodávaným výkonnými spotřebiči. Pro vznik takových vyšších harmonických je zpravidla nutný omezený výkon sítě a relativně velká nelineární zátěž, která způsobuje generování jalového výkonu.

Možné následky

V případě trvale přítomného harmonického generátoru může jejich účinek v elektrické síti způsobit různé negativní důsledky. Z toho by mělo být zdůrazněno:

  • Současné topení, vypínání izolace motorů, vinutí transformátoru, snížení odporu kondenzátorů atd. Při zahřívání fázového vodiče nebo jiných vodivých prvků v dielektriku dochází k nevratným procesům, což snižuje jejich izolační vlastnosti.
  • Falešné ovládání v distribučních sítích - vede k vypnutí strojů, vysokonapěťových spínačů a dalších zařízení, která reagují na změny režimu v důsledku harmonických.
  • Způsobuje asymetrii v průmyslových sítích s třífázovými zdroji, když se harmonické vyskytují v jedné fázi. Co může narušit normální provoz třífázových usměrňovačů, výkonových transformátorů, třífázového UPS a dalších zařízení.
  • Výskyt hluku v komunikačních sítích, vliv na sousední nízkonapěťové a silové kabely v důsledku indukovaného EMF. Velikost harmonické EMF je ovlivněna jak vzdáleností mezi vodiči, tak délkou jejich přiblížení.
  • Způsobuje předčasné elektrické stárnutí zařízení. Kvůli zničení citlivých prvků ztrácí přesnost přístroje svou třídu přesnosti a podléhá předčasnému opotřebení.
  • Způsobuje dodatečné finanční náklady v důsledku ztrát z indukčních zátěží, zastavení výroby, nouzových oprav a předčasného výpadku.
  • Potřeba zvýšit průřez nulových vodičů ve spojení se sčítáním harmonických násobků třetího ve třífázových sítích.

Zvažte příklad negativního dopadu na provoz třífázových obvodů. V ideálním případě, když každá fáze napájí lineární zátěž, je systém v rovnováze. To znamená, že v síti nejsou žádné harmonické a žádný proud v neutrálním vodiči, protože všechny proudy se symetrickým zatížením jsou posunuty o 120 ° a vzájemně se kompenzují v neutrálu.

Pokud se v obvodu napájení v jedné z fází vyskytne spotřebitel nebo faktor, který ohýbá střídavý proud, dochází k automatické změně zbývajících fázových proudů, jejich posunu vzhledem k počáteční hodnotě a úhlu. Kvůli porušení symetrie a nedostatku kompenzace v neutrálním vodiči začíná proudit proud.

Obr. 2. Aktuální vývoj v neutrální

Jak je znázorněno na obr. 2, liché harmonické jsou násobky třetího a mají stejný směr jako hlavní proud. Ale vzhledem k porušení kompenzačního účinku symetrického systému se navzájem překrývají a jsou schopny dodat neutrálnímu proudu mnohem vyššímu, než je nominální proud tohoto obvodu. Vzhledem k tomu, co je přehřátí, které může způsobit nouzové situace.

Všechny výše uvedené důsledky vedou ke snížení kvality elektrické energie, nadměrnému přetížení a následnému poklesu fázového napětí. Důsledky toku harmonických mohou v určitých případech představovat hrozbu pro zaměstnance a spotřebitele. Aby se předešlo těmto následkům u elektráren, třífázových kabelů a dalších zařízení, je zajištěna ochrana před harmonickými 3].

Harmonická ochrana

Pro ochranu se používají zařízení s aktivními a pasivními prvky, jejichž cílem je absorbovat nebo kompenzovat harmonické v síti. Nejjednodušší možností jsou LC filtry sestávající z lineární tlumivky a kondenzátoru.

Obr. 3. Schéma LC filtru

Podívejte se na obrázek 3, zde je schematický diagram filtru. Jeho práce je založena na indukčním odporu cívky L, který neumožňuje, aby proud okamžitě získal nebo ztratil hodnotu. A na kapacitní kapacitě kondenzátoru C, která umožňuje postupné zvyšování nebo snižování napětí. To znamená, že harmonické nemohou dramaticky změnit tvar sinusoidu a zajistit jeho hladký nárůst a pokles na zatížení RN .

Když jsou cívka a kondenzátor zapojeny v sérii se specifickým výběrem parametrů, jejich impedance bude pro určitý druh harmonické nulová. Nevýhodou tohoto pasivního filtru je potřeba vytvořit samostatný okruh pro každou součást sítě. Je tedy nutné vzít v úvahu jejich interakci. Tak například při zhášení páté harmonické dochází k sedmému zesílení, takže v praxi je několik filtrů instalováno v řadě, jak je znázorněno na obrázku 4.

Obr. 4. Posunovací filtr

Vzhledem k tomu, že každý řetězec L1-C1, L2-C2, L3-C3 shrnuje odpovídající komponentu, filtr se nazývá shunt. Jako vstupní filtr lze navíc použít zařízení s aktivním potlačením harmonických.

Obr. 5 Princip aktivní harmonické klimatizace

Podívejte se na obrázek 5, zde je aktivní filtr. Zdroj energie generuje proud i ps, který je ovlivněn nelineárním zatížením, v důsledku čehož je v síti získána nesinusová křivka i n . Aktivní harmonické klimatizace (ACG) měří velikost všech nelineárních proudů i ahc a vydává stejné proudy do sítě, ale s opačným úhlem. To vám umožní neutralizovat harmonické a dát spotřebiteli proud první harmonické co nejblíže sinusové vlně.

Instalace některého ze stávajících typů ochrany vyžaduje podrobnou analýzu harmonických složek, zátěží, faktorů amplitudy a účinníků pro danou síť. Chcete-li najít nejefektivnější způsob odstranění a provedení příslušných nastavení.

Video k článku

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie:

Elektrikář