Гармонические токи
В распределительных питателях с радиальным питанием и силовых установках промышленных установок основная тенденция заключается в том, чтобы гармонические токи протекали от генерирующей гармоники нагрузки к источнику энергосистемы. Это проиллюстрировано на рисунке 1. Импеданс системы питания обычно является самым низким импедансом, наблюдаемым гармоническими токами.
Как найти источники гармоник и где их контролировать? (на фото: анализатор качества / гармоники Fluke, кредит: ewnews.co.uk)
Таким образом, основная часть тока течет в источник.
Рисунок 1 - Общий поток гармонических токов в радиальной силовой системе
Эту общую тенденцию потоков гармонических токов можно использовать для нахождения источников гармоник. Используя монитор качества электроэнергии, способный сообщать о гармоническом содержании тока, просто измерьте гармонические токи в каждой ветви, начиная с начала схемы, и проследите гармоники к источнику.
Конденсаторы коррекции коэффициента мощности могут изменять этот шаблон потока по меньшей мере для одной из гармоник.
Например, добавление конденсатора к предыдущей схеме, как показано на рисунке 2, может нанести большой объем гармонического тока на эту часть схемы. В такой ситуации, следуя по пути гармонического тока, вместо фактического источника гармоник приведет к созданию конденсаторной батареи.
Таким образом, обычно необходимо временно отключить все конденсаторы, чтобы надежно находить источники гармоник.
Рисунок 2 - Конденсаторы мощности могут изменять направление потока одной из гармонических составляющих тока
Обычно просто дифференцировать гармонические токи из-за реальных источников от гармонических токов, которые происходят исключительно из-за резонанса с использованием конденсаторной батареи. Резонансный ток обычно имеет только одну доминирующую гармонику, движущуюся сверху основной синусоидальной волны. Обратите внимание, что гармонические источники генерируют более одной гармонической частоты.
Волновые формы этих гармонических источников имеют несколько произвольных волновых форм в зависимости от искажающих явлений, но они содержат несколько гармоник в значительных количествах. Одна большая, значительная гармоника почти всегда означает резонанс.
Этот факт можно использовать, чтобы определить, могут ли проблемы гармонического резонанса существовать в системе с конденсаторами.
Просто измерьте ток в конденсаторах. Если он содержит очень большое количество одной гармоники, отличной от фундаментальной, вполне вероятно, что конденсатор участвует в резонансном контуре в энергосистеме. Всегда проверяйте токи конденсатора сначала на любых установках, где подозреваются гармонические проблемы.
Другим методом поиска источников гармоник является корреляция временных изменений искажения напряжения с конкретными характеристиками заказчика и нагрузки. Шаблоны измерений гармонических искажений можно сравнить с конкретными типами нагрузок, такими как дуговые печи, приводы мельниц и массовые транзиты, которые появляются с перерывами.
Корреляция времени от измерений и фактического времени работы может идентифицировать источник гармоник.
Где контролировать гармоники
Стратегии смягчения проблем гармонических искажений несколько отличаются по расположению. Следующие способы - способы управления гармоническими искажениями как на фидере распределения полезности, так и на конечной системе питания.
- На питающих распределителях
- В средствах конечного пользователя
На питающих распределителях
Отношение X / R устройства подачи полезной информации обычно невелико. Поэтому увеличение гармоник резонансом с банками-фидерами обычно незначительно по сравнению с тем, что может быть найдено внутри промышленного объекта. Инженеры-дистрибуторы привыкли размещать банки-фидеры там, где они нужны, без заботы о гармониках.
Однако искажение напряжения от резонанса банков-фидеров может в некоторых случаях превышать пределы и требует смягчения.
Когда возникают проблемы, обычной стратегией является попытка первой попытки решения путем перемещения банка-нарушителя или изменения размера конденсатора или нейтрального соединения. Некоторые гармонические проблемы, связанные с банками питающих конденсаторов, связаны с увеличением триплетных гармоник в нейтральной цепи фидера.
Чтобы изменить поток гармонических токов нулевой последовательности, происходят изменения в нейтральном соединении банков с привязкой к звездам.
Чтобы заблокировать поток, нейтралу разрешено плавать. В других случаях более выгодно поддерживать поток, помещая реактор в нейтраль, чтобы преобразовать банк в настроенный резонансный шунт для гармоники с нулевой последовательностью.
Гармонические проблемы на распределителях часто существуют только при легкой нагрузке! Напряжение повышается, в результате чего распределительные трансформаторы создают больше гармонических токов и меньше нагрузки, чтобы заглушить резонанс. Переключение конденсаторов в это время часто решает проблему.
Если гармонические токи из широко рассеянных источников требуют фильтрации на распределителях, общая идея состоит в том, чтобы распределить несколько фильтров по направлению к концам фидера. Хотя это часто не делается, количество установок фидерных фильтров растет.
Высоковольтные конденсаторы для распределительных систем верхнего уровня
На рисунке 1 выше показан один пример фильтра, установленного на устройстве подачи служебных сообщений. Это сокращает средний путь для гармонических токов, уменьшая возможность телефонных помех и уменьшая гармоническое падение напряжения в линиях.
Фильтры кажутся почти короткое замыкание, по меньшей мере, одной гармонической составляющей. Это приводит к минимальному искажению напряжения на податчике. Когда концы податчика «пригвождены вниз» фильтрами по отношению к искажению напряжения, более сложным является искажение напряжения выше пределов в другом месте.
Исследования гармонического потока всегда должны выполняться, когда на распределительных подстанциях установлены большие емкости конденсаторов. Нельзя рассчитывать на потери системы, чтобы затушить резонанс в этой точке системы, и увеличение резонанса может быть серьезным.
В средствах конечного пользователя
Когда гармонические проблемы возникают в объекте конечного пользователя, первым шагом является определение того, является ли основная причина резонансом с конденсаторами коэффициента мощности на объекте. Когда это так, сначала попробуйте простое решение, используя другой размер конденсатора.
С автоматическими контроллерами коэффициента мощности может быть возможно выбрать схему управления, которая позволяет избежать конфигурации, которая вызывает проблемы. В других случаях будет очень много конденсаторов, случайно переключенных с нагрузками, что невозможно избежать резонансных условий. Фильтрация будет необходима.
ВАЖНЫЙ! Установка фильтров на низковольтных системах конечного пользователя, как правило, более практична и экономична, чем системы распределения полезности.
Критерии для установки фильтра более легко выполняются, и фильтрующее оборудование более доступно на рынке. Когда величина гармонических токов, вводимых нагрузками, чрезмерна, промышленные пользователи также должны исследовать средства уменьшения гармоник с использованием различных соединений трансформаторов и линейных дросселей.
В офисных зданиях зигзагообразные трансформаторы и триплексные гармонические фильтры могут снизить влияние триплексных гармонических токов на нейтральные цепи. Исследования должны проводиться на всех конденсаторах, установленных на главной шине в промышленных системах. В этом месте нет достаточных потерь в линии для ослабления резонанса.
Таким образом, когда резонанс совпадает с гармонической частотой, которая является сильной составляющей тока нагрузки, результирующее искажение напряжения часто является серьезным. Резонансные проблемы часто менее выражены, когда конденсаторы расположены на заводе на двигателях и в центрах управления двигателем.
Это также помогает уменьшить потери в системе по сравнению с простое размещение конденсатора на главной шине. Конечно, это решение может быть более дорогостоящим, чем использование одного конденсатора на главной шине из-за многочисленных требуемых установок.
Это предполагает, что кабели достаточно длинные, чтобы ввести достаточное сопротивление в цепь, чтобы ослабить резонанс. В установках с короткими кабелями может оказаться невозможным добиться значительного снижения гармонических потерь.
Ссылка // Качество электрических систем Роджера С. Дугана, Марка Ф. Макгранагана, Сурьи Сантосо и Х. Уэйн Битти (покупка печатной копии из Амазонки)