Total 4731 registered members
Top
Comment
sep
sep
sep
Email It!

EES Kvalitet električne energije – viši harmonici (1)

9,451 views

EES Kvalitet električne energije - viši harmonici (prvi deo)

EES Kvalitet električne energije - viši harmonici (prvi deo)

Prisustvo velikog broja nelinearnih potrošača u distributivnim mrežama dovodi do niza negativnih efekata koji se odražavaju kako na samu mrežu tako i na ostale priključene potrošače.

Zajednički interes potrošača i proizvođača električne energije je poslednjih godina doveo u žižu interesovanja probleme vezane za kvalitet električne energije, odnosno sadržaj harmonika u distributivnoj mreži i druge aspekte kvaliteta električne energije (neprekidnost napajanja, prisustvo kratkotrajnih fluktuacija i distorzija,…).

Danas je u svetu pred proizvođače i projektante uređaja energetske elektronike postavljen čitav niz standarda i preporuka iz oblasti kvaliteta električne energije. Tradicionalno se smatralo da je kvalitet električne energije u stvari pouzdanost,odnosno nepostojanje trajnih prekida u snabdevanju električnom energijom, dok moderno shvatanje kvaliteta električne energije podrazumeva i sigurno (neprekidno) napajanje i fizički kvalitet napona. Problemi neprekidnosti napajanja se uglavnom rešavaju u toku postupka planiranja i izgradnje mreže, dok je problem fizičkog kvaliteta napona usko vezan za eksploataciju. Dominantan uticaj na fizički kvalitet napona imaju nelinearni potrošači (uređaji energetske elektronike, zasićene električne mašine,elektrolučne peći, itd…),tranzijentne pojave usled komutacija u sistemu (rad prekidača),rad elektroenergetskog sistema na granicama mogućnosti, itd…

Narušavanje kvaliteta električne energije podrazumeva narušavanje osnovnih parametara napona u ustaljenim ili prelaznim režimima i deformaciju talasnih oblika. Osnovni parametri napona su njegova efektivna vrednost, frekvencija i simetrija faznih napona.Dalje će biti razmatrani standardi vezani za sadržaj viših harmonika kako napojnog napona tako i struje koju potrošač uzima, dok drugi aspekti kvaliteta električne energije se neće razmatrati.

Viši harmonici

Napon viših harmonika je sinusni napon, čija je frekvencija celobrojni umnožak frekvencije osnovnog harmonika.Viši harmonici su nepoželjni u mrežama, jer se zbrajaju na osnovni talas i izobličuju ga, što uzrokuje problem u napajanju osetljivih potrošača, npr. medicinske opreme,koja zahteva čisti sinusni napon.

Slika 2.Talasni oblici napona prvog,petog i sedmog harmonika

Slika 2.Talasni oblici napona prvog,petog i sedmog harmonika

Dopuštene vrednosti viših harmonika (h od 2 do 40) tablično se prikazuju, i to:

  • pojedinačno, njihovim amplitudama (Uh), svedenim na amplitudu osnovnog harmonika  (U1),
  • zajednički, pomoću ukupnog sadržaja viših harmonika: THD (eng. Total Harmonic Distortion –    ukupno harmonijsko izobličenje), koje se izračunava kao:
    .
    formula 1

Tokom svakog desetminutnog intervala vrednost THD-a mora biti < 8% vrednosti prvog harmonika, dok vrednosti pojedinih harmonika mogu imati vrednosti najčešće u pojasu od 0,5% (npr. od 6., do 24. harmonika) do 6% (npr. za “poznati” 5. harmonik) od vrednosti prvog harmonika.Više harmonike u mrežnom naponu najčešće proizvode viši harmonici struja nelinearnih opterećenja potrošača, koji su priključeni na različitim nivoima distributivne mreže. Ti viši harmonici struje opterećenja stvaraju na impedansama unutar distributivne mreže odgovarajuće više harmonike napojnog napona. S druge strane, sve veća primena pretvarača frekvencije i sličnih upravljačkih uređaja utiče na povećanje vrednosti međuharmonika, čije se dopuštene vrednosti u okviru norme EN 50160 još razmatraju.

U pojedinim situacijama i međuharmonici malih intenziteta izazivaju treperenje (flikere) ili smetnje u sistemu mrežnog tonfrekventnog upravljanja.

Merenje ukupnog harmonijskog izobličenja napona

Za izračunavanje  THD U   koriste se izmerene (RMS) vrednosti svakog od prvih 40 harmonika (Un) i vrednost nazivnog napona (osnovni harmonik), koja prema normi EN 50160 iznosi npr.: U1 = 220 V, a prema jednačini:

formula 2

Pomnoženo sa 100%, THD U % ne sme biti veće od 8% vrednosti nazivnog napona. Ta jednačina u skladu je sa normom EN 61000-4-7.

Izračunavanje ukupnoga harmonijskog izobličenja napona i struje

Za izračunavanje THD U i THD I,  primenjuju se sledeće jednačine:

formula 3

Pri čemu su:
Urms – efektivna vrednost (RMS – Root Mean Square) ukupnog napona
U1 – efektivna (RMS) vrednost napona osnovnog harmonika
Irms – efektivna vrednost ukupnog signala struje
I1 – RMS vrednost struje osnovnog harmonika (nazivna vrednost signala na 50 Hz).

Izvori viših harmonika

Izvori viših harmonica su:

  • Prekidačke napojne jedinice
  • Elektronske prigušnice za fluo cevi
  • Regulisani elektromotorni pogoni
  • Besprekidna napajanja
  • Energetski ispravljači i pretvarači
  • Transformatori sa nelinearnim magnećenjem
  • Elektrolučne peći
  • Indukcione peći
  • Aparati za elektrolučno zavarivanje
Slika 3.1 Šema trofaznog ispravljača | Slika 3.2. Talasni oblik struje trofaznog ispravljača

Slika 3.1 Šema trofaznog ispravljača | Slika 3.2. Talasni oblik struje trofaznog ispravljača

.

Slika 3.5. Talasni oblici struje:

Slika 3.5. Talasni oblici struje: a) magnećenja transformatora,b) hladnjaka zamrzivača,c) klima uređaja,d) jednofaznog pretvarača sa sklopnim načinom rada,e) fluorescentne cevi sa elektromagnetnom prigušnicom,d) fluorescentne cevi sa elektronskom prigušnicom

Problemi zbog viših harmonika

Problemi koji u elektroenergetskom sistemu nastaju zbog prisustva viših harmonika su brojni i ovde će biti navedeni samo neki, kao što su:

Manja iskoristivost snage. Mrežni kablovi su dimenzionisani i osigurani na osnovu struje koju mogu sigurno isporučiti. Pošto mali faktor snage povećava prividnu struju iz izvora, iznos korisne snage koju može povući kolo je smanjen zbog toplotnih ograničenja.
Enormno smanjenje raspoložive snage izazvano je ili faznim pomakom ili distorzijom.

Troškovi distribucije. Ako postoji mnoštvo opterećenja sa malim faktorom snage, postavljaju se zahtevi za dodatnim proizvodnim i distributivnim kapacitetima. Troškovi, rastu proporcionalno sa inverznom vrednošću faktora snage. Gubici u disipativnim elementima (žice i namotaji transformatora) proporcionalni su kvadratu prividne struje pa troškovi za obezbeđenje ove disipirane snage su takođe u inverznoj vezi sa faktorom snage. Brojila električne energije registrovaće samo aktivnu snagu pa korisnici ne plaćaju reaktivnu snagu.

Distorzija napona. Impedanse realnih izvora su konačne. Kablovi su sve tanji prema krajnjim potrošačima električne energije. Mali preseci provodnika u uređajima i velika strujna distorzija utiču na oblik napona i on postaje nesinusoidan.Distorzija napona izaziva probleme u radu napojnih jedinica i drugih obližnjih uređaja spojenih na isti izvor.

Trofazni sistemi. Nesimetrično opterećenje izaziva neželjene struje u neutralnom provodniku. Ali, čak i kod potpuno simetrčnog opterećenja koje generiše više harmonike, harmonijski sadržaj će se pojaviti u neutralnom provodniku ( to su tzv. harmonici trećeg reda, 3-ći, 6-ti, 9-ti itd.).
Prethodno nabrojani negativni efekti koje izaziva distorzija mrežne struje i viši harmonici, doveli su do potrebe za postavljanjem ograničenja na strujne harmonike koje u mreži izazivaju priključeni uređaji.

Metode za neutralisanje viših harmonika

Da bi se harmonijski problem smanjio ili eliminisao postoji nekoliko osnovnim rešenja:

  • smanjenje intenziteta harmonijskih struja
  • postavljanje filtera
  • popravka faktora snage

Metode smanjenja intenziteta harmonijskih struja

Metode smanjenja intenziteta harmonijskih struja obično podrazumevaju menjanje načina rada pogona, koji generišu harmonike. Takav pristup je teško praktično izvesti, jer to može da utiče na kompletan proizvodni proces, odnosno moguće je jedino u fazi projektovanja.
Neka od rešenja koja se koriste pri ograničavanju viših harmonika u fazi projektovanja su:

  • Izmeštanje nelinearnih prijemnika što dalje od osetljive opreme.Slika 5. Izmeštanje nelinearnih prijemnika
    Slika 5. Izmeštanje nelinearnih prijemnika
  • Grupisanje nelinearnih prijemnika,koji se priključuju na odvojene sabirnice.
    Slika 5.1. Priključenje više nelinearnih prijemnika
    Slika 5.1. Priključenje više nelinearnih prijemnika
    .
  • Instaliranje više transformatora,jedni napajaju nelinearne prijemnike,dok drugi napajaju linearne prijemnike.
    Slika 5.2. Posebni transformatori za posebne vrste prijemnika
    Slika 5.2. Posebni transformatori za posebne vrste prijemnika
    .
  • Odgovarajućim sprezanjem transformatora mogu se ograničiti viši harmonici. Sprega namotaja u trougao dovodi do blokiranja daljeg toka svih harmonika, koji su umnozak od 3. Unošenjem faznog pomeraja od 30 stepeni, sprezanjem sekundara transformatora u zvezdu i u trougao, dobija se efekat 12-pulsnog ispravljača, odnosno eliminišu se 5-ti i 7-mi harmonik.
        * Slika 5.3. Različito sprezanje namotaja utiče na eliminisanje pojedinih harmonica
    Slika 5.3. Različito sprezanje namotaja utiče na eliminisanje pojedinih harmonika

.

Uskoro u nastavku stručnog teksta: EES Kvalitet električne energije – viši harmonici (2):

  • Postavljanje filtera (pasivni, aktivni i hibridni)
  • Popravka faktora snage
  • Standardi i preporuke (u Francuskoj, Švedskoj, Australiji)
  • Standardi i preporuke međunarodne elektrotehničke komisije (IEC)

.

AUTOR STRUČNOG TEKSTA:

Dragan Simović
Dragan Simovic

Seminarski rad iz predmeta: Eksploatacija EES, tema: Kvalitet električne energije – viši harmonici
Visoka Škola Tehničkih Strukovnih Studija Čačak
Specijalističke Strukovne Studije Elektrotehnike i Računarstva | Modul Studijskog Programa: Elektroenergetika

.

Related articles


Be nice and share this article with others! How to use all these nice buttons?

Del.icio.us Digg Mixx Reddit Technorati Linkedin Email this post Save to Google bookmarks Save to Yahoo Buzz Save to Reddit Save to Technorati
Tell us what you're thinking about article you just read.

Turn Your Thoughts Into Words

Tell us what you're thinking... we care about your opinion!
and oh, not to forget - if you want a picture to show with your comment, go get a free Gravatar!

*



Comments

3 Responses to “EES Kvalitet električne energije – viši harmonici (1)”

    Trackbacks

    Check out what others are saying about this post...
    1. linke.rs says:

      EES Kvalitet električne energije – viši harmonici (1) | CsanyiGroup…

      Prisustvo velikog broja nelinearnih potrošača u distributivnim mrežama dovodi do niza negativnih efekata koji se odražavaju kako na samu mrežu tako i na ostale priključene potrošače….

    2. [...] Nastavak prvog dela članka: EES Kvalitet električne energije – viši harmonici (1) [...]