Гармоническая фазовая последовательность
Чтобы понять сетевые проблемы с триплетными гармониками, сначала давайте короткое объяснение гармонической последовательности фаз и третьих гармоник.
Электрическая дуговая печь мощностью 300 градусов Фаренгейта готовится получить «заряд» металлолома для конверсии в сталь в субботу в Северсталь-Колумбусе (Фото: Carmen K. Sisson / Dispatch Staff)
Энергетики традиционно использовали симметричные компоненты, чтобы помочь описать трехфазное поведение системы. Трехфазная система преобразуется в три однофазные системы, которые намного проще анализировать. Метод симметричных компонентов может быть использован для анализа реакции системы на гармонические токи, при условии, что внимание не должно нарушать фундаментальные предположения метода.
Этот метод позволяет преобразовать любой неуравновешенный набор фазных токов (или напряжений) в три сбалансированных набора.
Набор положительных последовательностей содержит три синусоида, смещенных 120 друг от друга, с нормальным вращением фазы ABC (например, 0, -120, 120). Синусоиды набора отрицательной последовательности также смещены на 120, но имеют противоположное вращение фазы (ACB, например, 0, 120, -120). Синусоиды нулевой последовательности находятся в фазе друг с другом (например, 0, 0, 0).
В идеальной сбалансированной трехфазной системе гармоническая фазовая последовательность может быть определена путем умножения гармонического числа h на нормальное вращение фазы положительной последовательности.
Например, для второй гармоники h = 2 выдает 2 × (0, -120, -120) или (0, 120, -120), что является отрицательной последовательностью. Для третьей гармоники h = 3 получается 3 × (0, -120, -120) или (0, 0, 0 °), которая является нулевой последовательностью. Фазовая последовательность для всех других гармонических порядков может быть определена таким же образом.
Так как искаженная форма волны в энергетических системах содержит только нечетные гармонические составляющие, ниже приводятся только вращения нечетной гармонической последовательности фаз:
-
Гармоники порядка h = 1, 7, 13,
,
являются чисто положительной последовательностью.
-
Гармоники порядка h = 5, 11, 17,
,
являются чисто отрицательной последовательностью.
-
Тройки (h = 3, 9, 15,
,
) являются чисто нулевой последовательностью.
Triplen Harmonics
Триплинные гармоники - это нечетные кратные третьей гармоники (h = 3, 9, 15, 21, …). Они заслуживают особого внимания, потому что реакция системы часто значительно различается для трипленов, чем для остальных гармоник.
Тренировки становятся важной проблемой для заземленных систем с током, протекающим по нейтрали.
Две типичные проблемы - это перегрузка нейтральных и телефонных помех. Один из них иногда слышит устройства, которые неправильно управляют, потому что напряжение между линиями и нейтралью сильно искажается падением напряжения трипленового гармоника в нейтральном проводнике.
Для системы с идеально сбалансированными однофазными нагрузками, показанной на рисунке 1, делается предположение, что компоненты основной и третьей гармоники присутствуют. Суммируя токи в узле N, фундаментальные компоненты тока в нейтрале оказываются равными нулю, но компоненты третьей гармоники в три раза превышают фазовые токи, потому что они, естественно, совпадают по фазе и времени.
Рисунок 1 - Высокие нейтральные токи в цепях, обслуживающих однофазные нелинейные нагрузки
Triplen Harmonics в трансформаторах
Соединения трансформаторной обмотки оказывают значительное влияние на поток триплинных гармонических токов от однофазных нелинейных нагрузок. Два случая показаны на рисунке 2. В трансформаторе уай-треугольника (сверху) показаны триплетные гармонические токи, входящие в сторону звёзд.
Поскольку они находятся в фазе, они добавляют нейтраль.
Рисунок 2 - Поток тока третьей гармоники в трехфазных трансформаторах
Дельта-обмотка обеспечивает балансировку по току, чтобы они могли течь, но они остаются в ловушке дельта и не отображаются в линейных токах на дельта-стороне. Когда уровни сбалансированы, гармонические токи триплекса ведут себя точно как токи нулевой последовательности, что и есть то, что они есть.
Этот тип трансформаторного соединения наиболее распространен в распределительных подстанциях с дельта-обмоткой, подключенной к передаче.
Использование заземленных обмоток с обеих сторон трансформатора (снизу) позволяет сбалансированным триплсам беспрепятственно протекать из низковольтной системы в высоковольтную систему.
Они будут присутствовать в равной пропорции с обеих сторон. Таким образом, многие грузы в Соединенных Штатах обслуживаются таким образом.
Некоторые важные последствия этого связаны с анализом качества электроэнергии:
Результат №1 - Трансформаторы, в частности нейтральные соединения, подвержены перегреву при обслуживании однофазных нагрузок на стороне зычка, которые имеют высокое содержание третьей гармоники.
Вывод № 2 - Измерение тока на дельта-стороне трансформатора не будет показывать триплны и, следовательно, не дает истинного представления о нагревании трансформатора.
Поток триплексных гармонических токов может быть прерван соответствующим подключением изолирующего трансформатора.
Вывод № 3 - Удаление нейтрального соединения в одной или обеих обмотках с затворами блокирует поток гармонического тока триплена. Нет места для балансировки по току. Аналогично, дельта-обмотка блокирует поток от линии.
Следует отметить, что трехногие трансформаторы сердечника ведут себя так, как будто они имеют «фантомную» дельта-третичную обмотку. Таким образом, уай-уай с одной нейтральной точкой, которая будет заземлена, по-прежнему сможет проводить триплетные гармоники с этой стороны.
Эти правила о триплинном гармоническом токе в трансформаторах применяются только к сбалансированным условиям нагрузки. Когда фазы не сбалансированы, токи нормальных гармонических гармонических частот могут хорошо отображаться там, где они не ожидаются.
Нормальный режим для триплексных гармоник должен быть нулевой последовательностью. Во время дисбаланса триплетные гармоники могут иметь компоненты положительной или отрицательной последовательности.
Рисунок 3 - Пример напряжения, вызванного трехфазным преобразователем
Одним из примечательных случаев является трехфазная дуговая печь. Печь почти всегда питается дельта-треугольным подключенным трансформатором, чтобы блокировать поток токов нулевой последовательности, как показано на рисунке 3. Мысль о том, что третья гармоника является синонимом нулевой последовательности, многие инженеры с удивлением обнаруживают существенный ток третьей гармоники в больших величинах в линейном токе.
Однако во время разрушения лома печь часто будет работать в несимметричном режиме, только с двумя электродами, несущими ток. Тогда большие токи третьей гармоники могут свободно циркулировать в этих двух фазах точно так же, как однофазная схема.
Однако они не являются токами нулевой последовательности. Третьи гармонические токи равны количествам токов положительной и отрицательной последовательности. Но в той степени, в которой система в основном сбалансирована, триплны в основном ведут себя так, как описано.
Что такое вырез?
Выемка представляет собой периодическое нарушение напряжения, вызванное нормальной работой силовых электронных устройств, когда ток коммутируется с одной фазы на другую. Поскольку надрез происходит непрерывно, его можно охарактеризовать через гармонический спектр затронутого напряжения.
Однако это обычно рассматривается как частный случай. Частотные компоненты, связанные с надрезами, могут быть довольно высокими и могут быть легко охарактеризованы измерительным оборудованием, обычно используемым для гармонического анализа.
На рисунке 3 выше показан пример напряжения с трехфазным преобразователем, который генерирует постоянный ток постоянного тока. Вырезы возникают, когда ток коммутирует с одной фазы на другую. В течение этого периода происходит кратковременное короткое замыкание между двумя фазами, тянущее напряжение как близко к нулю, как это допускается с помощью импедансов системы.
Гармоники для дуговых печных установок (вебинар)
Дуговые установки печи известны тем, что имеют некоторые из самых нетрадиционных проблем с качеством электроэнергии в любом приложении.
Компенсация реактивной мощности чрезвычайно важна по многим причинам в таких объектах, но она также может быть более сложной задачей, чем установка традиционных фильтров выреза из-за нехарактерных гармоник, присутствующих из-за самой дуговой печи.
Ссылка // Качество и надежность качества Surya Santoso, Mark F. McGranaghan и Roger C. Dugan