вони

Автор: Френк Піолет, Менеджер з виробництва вимірювального діапазону та управління енергією Компанія Socomec.

Завдяки масовій установці обладнання на базі силової електроніки (комп’ютери, приводи зі змінною швидкістю, інвертори ...) більшість користувачів стикаються з наявністю гармонік в електророзподільних мережах. Ця стаття допоможе вам краще зрозуміти причину певних несправностей та способи їх уникнення.

Кожна електрична мережа складається з певної кількості навантажень. Коли струм через навантаження має таку ж форму, що і напруга, це навантаження називається лінійним; навпаки, коли форма струму не відповідає формі напруги, навантаження називається нелінійною (див. малюнки 1 і 2)

Гармонічні струми - це подібні компоненти періодичного електричного струму, розкладеного в ряді Фур'є. Гармоніки мають частоту, кратну (2, 3, 4, 5, ... n) основної частоти (50 або 60 Гц в електричних мережах). Число "n" визначає діапазон гармонійної складової. "Гармонікою рангу n" називають гармонічну складову рангу, що відповідає "n", помноженій на частоту мережі. Приклад: для основної частоти 50 Гц гармоніка рангу 5 матиме частоту 250 Гц.

Слід взяти до уваги, що крім зазначених вище гармонік, у мережах існують ще два типи компонентів, накладених на основну хвилю. Міжгармоніки, які характеризуються частотою, не кратною основній (наприклад: 175 Гц не кратна 50 Гц), та інфрагармоніки, частота яких нижча за частоту мережі.

Перші, хоча і присутні лише в невеликій кількості, можуть, наприклад, порушити сигнали дистанційного керування, що передаються розподільниками електричної енергії, тоді як другі, як правило, зумовлені перетворювачами циклів, дуговими печами або приводами зі змінною швидкістю.

Вимірювання гармонік, присутніх у мережі

Отримані гармоніки зазвичай пояснюються загальним спотворенням гармонік (THD). Розрахунок THD дозволяє визначити рівень забруднення мережі напругою або струмом у всьому світі (див. Таблицю 1 нижче).

Що стосується THDR, визначеного відповідно до стандарту DIN, він представляє гармонійне спотворення відносно реального ефективного значення:

З одного боку, очевидна потужність отримується від

б) Вплив на фактор гребеня

Загальний вплив гармонік на електричні мережіСтворені споживачами гармоніки струму поширюються в мережах і створюють спотворення хвиль напруги в лінійних імпедансах. Ці деформації напруги перерозподіляються серед користувачів по всій мережі постачальника електричної енергії. Гармоніка рангу 3 заслуговує на особливу увагу у випадку трифазних мереж. Фактично, гармонічні струми рангу 3 та їх кратні значення знаходяться у фазі (див. Малюнок 7) і додаються векторним способом у нульовому провіднику (In = I1 + I2 + I3). Якщо приймачі складаються в основному з комп'ютерних навантажень, струми рангу 3 і кратних рангу 3 складаються в нульовому провіднику, створюючи нейтральний струм, який на 130% перевищує фазні струми.

Ось чому важливо правильно розмірити нейтральну секцію. Однак, завдяки загальноприйнятій практиці, коли для економії витрат встановлюється нейтральний кабель із перетином, вдвічі меншим за фазу, існує багато установок, що піддаються наслідкам гармонік. У стандартах на монтаж, таких як NF C15100 у французькому випадку, в даний час вказується перетин, що відповідає кінцевому нейтральному струму, який може бути більшим, ніж перетин фазних провідників.

Стан TN-CУ режимі TN-C функції нульового та захисного провідників забезпечуються тим самим провідником, який називається PEN. Якщо в цьому провіднику та металевій броні циркулюють гармонічні струми рангу 3 та важливі кратні кратним 3, можна перевірити потенційні зміни, що впливають на електроніку чутливих приймачів, або навіть створення магнітних петель, що генерують напругу або індукуються струми. в ланцюгах (забруднення ЕМС/ЕСМ).

Про трансформатори:Циркуляція гармонічних струмів передбачає втрати внаслідок ефекту Джоуля та додаткові магнітні втрати. Відповідно до стандарту NF EN 50464-3, зменшення видимої потужності трансформатора застосовується за такою формулою:

У конденсаторних банках:Встановлення конденсаторних батарей в електроустановці може включати паралельний резонанс, який підсилює гармонічні струми, присутні в установці. Цей ризик головним чином залежить від потужності короткого замикання установки та ємності системи компенсації. У цьому випадку в конденсаторах можуть протікати сильні гармонічні струми і спричиняти передчасне старіння їх компонентів.

У вимірювальних приладах:

Гармонічні струми також можуть порушити вимірювання неімунізованого обладнання, пов'язаного з ріжучим та захисним обладнанням, контролерами постійної ізоляції та вимірювальними приладами.

Рішення для контролю гармонічного забрудненняІснують засоби захисту від шкідливого впливу гармонік; найголовніше - знати, як кількісно оцінити ефекти та адаптувати захисні заходи відповідно до відносної чутливості промислового процесу та рецепторів, присутніх в установці. Це пояснюється тим, що кожен приймач має різний рівень несприйнятливості до гармонічних порушень. Крім того, деякі приймачі можуть навіть випромінювати гармонічне забруднення.

Завдяки всім цим заходам можлива точна діагностика установки.Звідти все - справа методу. Ми рекомендуємо такий підхід:

Коли імпеданс джерела слабкий, важлива потужність короткого замикання, що зменшує проблеми, пов'язані з гармоніками. Таким чином, спотворюючі навантаження також повинні встановлюватися якомога вище від джерела, щоб отримати вищий рівень потужності короткого замикання. Це рішення не завжди привабливе з економічної точки зору, оскільки неможливо придушити гармоніки, мета полягає в тому, щоб обмежити їх якомога ближче до спотворюючих навантажень, щоб уникнути забруднення всієї мережі. Для цього використовуються системи фільтрації або ізоляції (за допомогою трансформатора).

Для захисту буферних батарей виробники вставляють a індуктивність послідовно з конденсаторами, що дозволяє уникнути явища резонансного походження гармонік. Ця антирезонансна індуктивність регулюється відповідно до спектру гармонічних струмів, що існують в установці.

Включення пасивні фільтри Це дозволяє "вловлювати" гармонійні струми, присутні в установці. Оскільки кожен пасивний фільтр розрахований на гармонічний струм, для кожної гармонічної струми, що підлягає фільтруванню, повинен бути передбачений фільтр.
Активні фільтри, потужність та потужність яких зростають із прогресом силової електроніки, дозволяють відфільтровувати гармоніки до певного діапазону. Слід врахувати, що ці фільтри були розраховані для забезпечення компенсації реактивної енергії установки.

Нарешті, синусоїдальний контроль поглинання (також званий PFC, коректор коефіцієнта потужності) дозволяє працювати безпосередньо на генераторі. Управління силовою електронікою модульоване, щоб змусити вхідний міст поглинати синусоїдальний струм.

ЗавершенняРозвиток силової електроніки в останні роки був важливим фактором поліпшення промислових процесів.