Pengaruh harmonik voltan dan arus yang lebih tinggi pada pengendalian peralatan elektrik

Voltan dan arus harmonik yang lebih tinggi menjejaskan elemen sistem kuasa dan talian komunikasi.

Bentuk utama pengaruh harmonik yang lebih tinggi pada sistem kuasa ialah:

• peningkatan dalam arus dan voltan harmonik yang lebih tinggi disebabkan oleh resonans selari dan siri;

• mengurangkan kecekapan pengeluaran, penghantaran, penggunaan proses elektrik;

• penuaan penebat peralatan elektrik dan mengakibatkan pengurangan dalam hayat perkhidmatannya;

• operasi palsu peralatan.

Pengaruh resonans pada sistem

Resonans dalam sistem kuasa biasanya dipertimbangkan dari segi kapasitor, terutamanya kapasitor kuasa. Apabila harmonik arus melebihi tahap maksimum yang dibenarkan untuk kapasitor, yang kedua tidak merosot prestasi mereka, tetapi gagal selepas beberapa ketika.

Satu lagi kawasan di mana resonans boleh menyebabkan kerosakan peralatan adalah dalam sistem kawalan beban overtone. Untuk mengelakkan isyarat daripada diserap oleh kapasitor kuasa, litarnya dipisahkan oleh penapis siri yang ditala (penapis-«takik»). Dalam kes resonans tempatan, harmonik arus dalam litar kapasitor kuasa meningkat dengan mendadak, yang membawa kepada kerosakan pada kapasitor yang ditala penapis siri.

Dalam salah satu pemasangan, penapis ditala kepada frekuensi 530 Hz dengan arus pas 100 A menyekat setiap litar kapasitor kuasa yang mempunyai 15 bahagian 65 kvar. Kapasitor penapis ini gagal selepas dua hari. Alasannya ialah kehadiran harmonik dengan frekuensi 350 Hz, di kawasan terdekat yang mana keadaan resonans ditubuhkan antara penapis yang ditala dan kapasitor kuasa.

Kesan harmonik pada mesin berputar

Voltan dan harmonik arus membawa kepada kerugian tambahan dalam belitan stator, dalam litar pemutar, dan dalam pemegun dan keluli pemutar. Kerugian dalam konduktor stator dan pemutar akibat arus pusar dan kesan permukaan adalah lebih besar daripada yang ditentukan oleh rintangan ohmik.

Arus kebocoran yang disebabkan oleh harmonik di zon akhir stator dan rotor membawa kepada kerugian tambahan.

Dalam motor aruhan rotor tirus dengan fluks magnet berdenyut dalam stator dan rotor, harmonik yang lebih tinggi menyebabkan kerugian tambahan dalam keluli. Magnitud kerugian ini bergantung pada sudut kecondongan slot dan ciri-ciri litar magnetik.

Taburan purata kerugian daripada harmonik yang lebih tinggi dicirikan oleh data berikut; belitan stator 14%; rantai rotor 41%; zon akhir 19%; gelombang tidak simetri 26%.

Kecuali kehilangan gelombang asimetri, pengedarannya dalam mesin segerak adalah lebih kurang sama.

Perlu diingatkan bahawa harmonik ganjil bersebelahan dalam stator mesin segerak menyebabkan harmonik frekuensi yang sama dalam pemutar. Sebagai contoh, harmonik ke-5 dan ke-7 dalam stator menyebabkan harmonik arus tertib ke-6 dalam pemutar, berputar dalam arah yang berbeza. Untuk sistem linear, purata ketumpatan kehilangan pada permukaan pemutar adalah berkadar dengan nilai, tetapi disebabkan oleh arah putaran yang berbeza, ketumpatan kehilangan pada beberapa titik adalah berkadar dengan nilai (I5 + I7) 2.

Kerugian tambahan adalah salah satu fenomena paling negatif yang disebabkan oleh harmonik dalam mesin berputar. Mereka membawa kepada peningkatan dalam suhu keseluruhan mesin dan kepada terlalu panas setempat, kemungkinan besar dalam rotor. Motor sangkar tupai membenarkan kehilangan dan suhu yang lebih tinggi daripada motor rotor luka. Beberapa garis panduan mengehadkan paras arus jujukan negatif yang dibenarkan dalam penjana kepada 10% dan paras voltan jujukan negatif pada input motor aruhan kepada 2%. Toleransi harmonik dalam kes ini ditentukan oleh tahap voltan jujukan negatif dan arus yang mereka cipta.

Tork yang dihasilkan oleh harmonik. Harmonik arus dalam pemegun menimbulkan tork yang sepadan: harmonik membentuk urutan positif ke arah putaran pemutar, dan membentuk urutan terbalik ke arah yang bertentangan.

Arus harmonik dalam stator mesin menyebabkan daya penggerak, yang membawa kepada penampilan tork pada aci ke arah putaran medan magnet harmonik. Mereka biasanya sangat kecil dan juga sebahagiannya diimbangi kerana arah yang bertentangan. Walau bagaimanapun, ia boleh menyebabkan aci motor bergetar.

Pengaruh harmonik pada peralatan statik, talian kuasa. Harmonik semasa dalam talian membawa kepada kehilangan elektrik dan voltan tambahan.

Dalam talian kabel, harmonik voltan meningkatkan kesan pada dielektrik mengikut perkadaran dengan peningkatan nilai maksimum amplitud. Ini seterusnya meningkatkan bilangan kegagalan kabel dan kos pembaikan.

Dalam talian EHV, harmonik voltan boleh menyebabkan peningkatan kehilangan korona atas sebab yang sama.

Pengaruh harmonik yang lebih tinggi pada transformer

Harmonik voltan menyebabkan peningkatan kehilangan histerisis dan kehilangan arus pusar dalam keluli dalam transformer, serta kerugian penggulungan. Hayat perkhidmatan penebat juga dikurangkan.

Peningkatan kerugian belitan adalah paling penting dalam pengubah injak turun kerana kehadiran penapis, biasanya disambungkan ke bahagian AC, tidak mengurangkan harmonik semasa dalam pengubah. Oleh itu, adalah perlu untuk memasang pengubah kuasa yang besar. Terlalu panas tempatan tangki pengubah juga diperhatikan.

Aspek negatif kesan harmonik pada pengubah kuasa tinggi ialah peredaran arus jujukan sifar tiga kali ganda dalam belitan bersambung delta. Ini boleh membebankan mereka.

Pengaruh harmonik yang lebih tinggi pada bank kapasitor

Kerugian tambahan dalam kapasitor elektrik menyebabkan terlalu panas. Secara umum, kapasitor direka untuk menahan beban arus tertentu. Kapasitor yang dihasilkan di Great Britain membenarkan beban berlebihan sebanyak 15%, di Eropah dan Australia - 30%, di Amerika Syarikat - 80%, di CIS - 30%. Apabila nilai ini melebihi, diperhatikan dalam keadaan peningkatan voltan harmonik yang lebih tinggi pada input kapasitor, yang kedua menjadi terlalu panas dan gagal.

Pengaruh harmonik yang lebih tinggi pada peranti perlindungan sistem kuasa

Harmonik boleh mengganggu operasi peranti pelindung atau menjejaskan operasinya. Sifat pelanggaran bergantung pada prinsip operasi peranti. Geganti digital dan algoritma berdasarkan analisis data diskret atau analisis lintasan sifar amat sensitif kepada harmonik.

Selalunya, perubahan dalam ciri adalah kecil. Kebanyakan jenis geganti akan beroperasi secara normal sehingga tahap herotan 20%. Walau bagaimanapun, meningkatkan bahagian penukar kuasa dalam rangkaian mungkin mengubah keadaan pada masa hadapan.

Masalah yang timbul daripada harmonik adalah berbeza untuk mod biasa dan kecemasan dan dibincangkan secara berasingan di bawah.

Kesan harmonik dalam mod kecemasan

Peranti perlindungan biasanya bertindak balas kepada voltan atau arus frekuensi asas dan sebarang harmonik sementara sama ada ditapis atau tidak menjejaskan peranti. Yang terakhir adalah ciri geganti elektromekanikal, terutamanya digunakan dalam perlindungan arus lebih. Geganti ini mempunyai inersia yang tinggi, yang menjadikannya praktikal tidak sensitif kepada harmonik yang lebih tinggi.

Lebih ketara ialah pengaruh harmonik terhadap prestasi perlindungan berdasarkan pengukuran rintangan. Perlindungan jarak, di mana rintangan diukur pada frekuensi asas, boleh memberikan ralat yang ketara dengan kehadiran harmonik yang lebih tinggi dalam arus litar pintas (terutamanya bagi urutan ke-3). Kandungan harmonik yang tinggi biasanya diperhatikan apabila arus litar pintas mengalir melalui tanah (rintangan tanah mendominasi jumlah rintangan gelung). Jika harmonik tidak ditapis, kebarangkalian operasi palsu adalah sangat tinggi.

Dalam kes litar pintas logam, arus dikuasai oleh frekuensi asas. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh ketepuan pengubah, herotan lengkung sekunder berlaku, terutamanya dalam kes komponen DC yang besar dalam arus primer. Dalam kes ini, terdapat juga masalah dengan memastikan operasi normal perlindungan.

Dalam keadaan operasi keadaan mantap, ketaklinearan yang dikaitkan dengan pengujaan berlebihan pengubah hanya menyebabkan harmonik tertib ganjil. Semua jenis harmonik boleh berlaku dalam mod sementara, dengan amplitud terbesar biasanya yang ke-2 dan ke-3.

Walau bagaimanapun, dengan reka bentuk yang betul, kebanyakan masalah yang disenaraikan mudah diselesaikan. Memilih peralatan yang betul menghapuskan banyak kesukaran yang berkaitan dengan mengukur transformer.

Penapisan harmonik, terutamanya dalam perlindungan digital, adalah paling penting untuk perlindungan jarak jauh. Kerja-kerja yang dijalankan dalam bidang kaedah penapisan digital telah menunjukkan bahawa walaupun algoritma untuk penapisan tersebut selalunya agak rumit, mendapatkan hasil yang diingini tidak menimbulkan kesulitan tertentu.

Pengaruh harmonik pada sistem perlindungan semasa mod operasi biasa rangkaian elektrik. Kepekaan rendah peranti pelindung kepada parameter mod dalam keadaan biasa membawa kepada ketiadaan praktikal masalah yang berkaitan dengan harmonik dalam mod ini. Pengecualian ialah masalah yang berkaitan dengan kemasukan transformer berkuasa dalam rangkaian, disertai dengan lonjakan arus magnetisasi.

Amplitud puncak bergantung pada kearuhan pengubah, rintangan belitan dan momen di mana menghidupkan dihidupkan. Sisa fluks pada sejurus sebelum dihidupkan sedikit meningkatkan atau mengurangkan amplitud, bergantung pada kekutuban fluks berbanding nilai awal voltan serta-merta. Oleh kerana tiada arus pada bahagian sekunder semasa pemagnetan, arus primer yang besar boleh menyebabkan perlindungan pembezaan tersandung secara palsu.

Cara paling mudah untuk mengelakkan penggera palsu ialah menggunakan kelewatan masa, tetapi ini boleh menyebabkan kerosakan serius pada pengubah jika kemalangan berlaku semasa ia dihidupkan. Dalam amalan, harmonik kedua yang hadir dalam arus masuk, bukan ciri rangkaian, digunakan untuk menyekat perlindungan, walaupun perlindungan masih agak sensitif terhadap kerosakan dalaman pengubah semasa menghidupkan.

Kesan harmonik pada peralatan pengguna

Pengaruh harmonik yang lebih tinggi di televisyen

Harmonik yang meningkatkan voltan puncak boleh menyebabkan herotan imej dan perubahan kecerahan.

Lampu pendarfluor dan merkuri. Balast lampu ini kadangkala mengandungi kapasitor dan dalam keadaan tertentu resonans boleh berlaku, mengakibatkan kegagalan lampu.

Kesan harmonik yang lebih tinggi pada komputer

Terdapat had untuk tahap herotan yang dibenarkan dalam rangkaian yang menggerakkan komputer dan sistem pemprosesan data. Dalam sesetengah kes, ia dinyatakan sebagai peratusan voltan nominal (untuk IVM komputer — 5%) atau dalam bentuk nisbah voltan puncak kepada nilai purata (CDC menetapkan had yang dibenarkan pada 1.41 ± 0.1).

Pengaruh harmonik yang lebih tinggi pada peralatan menukar

Takik dalam voltan sinusoidal yang berlaku semasa pensuisan injap boleh menjejaskan pemasaan peralatan atau peranti lain yang serupa yang dikawal semasa lengkung voltan sifar.

Pengaruh harmonik yang lebih tinggi pada peralatan kelajuan terkawal thyristor

Secara teorinya, harmonik boleh menjejaskan peralatan tersebut dalam beberapa cara:

• takuk gelombang sinus menyebabkan kerosakan disebabkan oleh salah nyalaan thyristor;

• harmonik voltan boleh menyebabkan misfire;

• resonans yang terhasil dengan kehadiran pelbagai jenis peralatan boleh menyebabkan lonjakan dan getaran mesin.

Kesan yang diterangkan di atas mungkin dirasai oleh pengguna lain yang disambungkan ke rangkaian yang sama. Jika pengguna tidak menghadapi masalah dengan peralatan terkawal thyristor dalam rangkaian mereka, tidak mungkin ia akan menjejaskan pengguna lain. Pengguna yang dikuasakan oleh bas yang berbeza secara teori boleh mempengaruhi satu sama lain, tetapi jarak elektrik mengurangkan kemungkinan interaksi sedemikian.

Kesan harmonik pada kuasa dan ukuran tenaga

Peranti pengukur biasanya ditentukur kepada voltan sinusoidal tulen dan meningkatkan ketidakpastian dengan kehadiran harmonik yang lebih tinggi. Magnitud dan arah harmonik adalah faktor penting kerana tanda ralat ditentukan oleh arah harmonik.

Kesilapan pengukuran yang disebabkan oleh harmonik sangat bergantung pada jenis alat pengukur. Meter aruhan konvensional biasanya melebihkan bacaan sebanyak beberapa peratus (6% setiap satu) jika pengguna mempunyai punca herotan. Pengguna sedemikian secara automatik dihukum kerana memperkenalkan herotan ke dalam rangkaian, jadi adalah untuk kepentingan mereka sendiri untuk mewujudkan cara yang sesuai untuk menyekat herotan ini.

Tiada data kuantitatif mengenai pengaruh harmonik terhadap ketepatan pengukuran beban puncak. Diandaikan bahawa pengaruh harmonik terhadap ketepatan pengukuran beban puncak adalah sama seperti pada ketepatan pengukuran tenaga.

Pengukuran tenaga yang tepat, tanpa mengira bentuk lengkung arus dan voltan, disediakan oleh meter elektronik, yang mempunyai kos yang lebih tinggi.

Harmonik menjejaskan kedua-dua ketepatan pengukuran kuasa reaktif, yang ditakrifkan dengan jelas hanya dalam kes arus dan voltan sinusoidal, dan ketepatan pengukuran faktor kuasa.

Pengaruh harmonik terhadap ketepatan pemeriksaan dan penentukuran instrumen di makmal jarang disebut, walaupun aspek perkara ini juga penting.

Pengaruh harmonik pada litar komunikasi

Harmonik dalam litar kuasa menyebabkan bunyi bising dalam litar komunikasi.Tahap hingar yang rendah membawa kepada beberapa ketidakselesaan, kerana ia meningkat, sebahagian daripada maklumat yang dihantar hilang, dalam kes yang melampau, komunikasi menjadi mustahil sepenuhnya. Dalam hal ini, dengan sebarang perubahan teknologi dalam bekalan kuasa dan sistem komunikasi, adalah perlu untuk mengambil kira pengaruh talian kuasa pada talian telefon.

Kesan harmonik pada bunyi talian telefon bergantung pada susunan harmonik. Secara purata, telefon - telinga manusia mempunyai fungsi sensitiviti dengan nilai maksimum pada frekuensi urutan 1 kHz. Untuk menilai pengaruh pelbagai harmonik ke atas bunyi c. telefon menggunakan pekali, iaitu jumlah harmonik yang diambil dengan pemberat tertentu. Dua pekali adalah yang paling biasa: pemberat psofometrik dan penghantaran C. Faktor pertama dibangunkan oleh Jawatankuasa Perundingan Antarabangsa mengenai Sistem Telefon dan Telegraf (CCITT) dan digunakan di Eropah, yang kedua — oleh Syarikat Telefon Bella dan Institut Elektroteknikal Edison — digunakan di Amerika Syarikat dan Kanada.

Arus harmonik dalam tiga fasa tidak saling mengimbangi sepenuhnya disebabkan oleh ketidaksamaan amplitud dan sudut fasa dan menjejaskan telekomunikasi dengan arus jujukan sifar yang terhasil (serupa dengan arus kerosakan bumi dan arus bumi daripada sistem daya tarikan).

Pengaruh juga boleh disebabkan oleh arus harmonik dalam fasa itu sendiri disebabkan oleh perbezaan jarak dari konduktor fasa ke talian telekomunikasi berhampiran.

Jenis pengaruh ini boleh dikurangkan dengan pemilihan jejak garisan yang betul, tetapi dalam kes lintasan garisan yang tidak dapat dielakkan, pengaruh tersebut berlaku.Ia amat ketara terutamanya dalam kes susunan menegak wayar talian kuasa dan apabila wayar talian komunikasi dialihkan di sekitar talian kuasa.

Pada jarak yang jauh (lebih daripada 100 m) antara garisan, faktor pengaruh utama ternyata adalah arus jujukan sifar. Apabila voltan nominal talian kuasa berkurangan, pengaruhnya berkurangan, tetapi ternyata ketara kerana penggunaan sokongan biasa atau parit untuk meletakkan talian kuasa voltan rendah dan talian komunikasi.