Симптомы Гармоники
Найти проблему гармоник относительно легко, как только вы знаете, что искать и где искать. Симптомы Гармоники обычно не такие тонкие. В этой технической статье приводятся некоторые основные указания о том, как распознавать проблемы с гармониками в распределительном оборудовании.
Как распознать симптомы гармоник - Что искать и где искать? (на фото: Fluke 43B однофазный анализатор качества электроэнергии, кредит: mjlorton через Youtube)
Симптомы гармоник обычно обнаруживаются в распределительном оборудовании, которое поддерживает нелинейные нагрузки.
Существует два основных типа нелинейных нагрузок: однофазные и трехфазные. Однофазные нелинейные нагрузки распространены в офисах, а трехфазные нагрузки широко распространены на промышленных предприятиях.
Каждый компонент системы распределения энергии проявляет влияние гармоник немного по-другому, но все они подвержены повреждениям и неэффективности, если они не предназначены для обработки электронных нагрузок.
содержание
-
Распределительное оборудование и эффекты нелинейных нагрузок:
- Нейтральные проводники
- Автоматические выключатели
- Шинопроводы и соединительные выступы
- Электрические панели (распределительные устройства)
- трансформеры
- Генераторы
- связь
-
Решения для компенсации и уменьшения гармоник:
- Негабаритная нейтральная проводка
- Используйте отдельные нейтральные проводники
- Используйте источники питания постоянного тока, на которые не влияют гармоники
- Используйте трансформаторы K-rated в компонентах распределения питания
Распределительное оборудование:
1. Нейтральные проводники
В трехфазной четырехпроводной системе на нейтральные проводники могут сильно влиять нелинейные нагрузки, связанные с цепями разветвления 120 В. В нормальных условиях для сбалансированной линейной нагрузки основная часть фазных токов 60 Гц будет отменена в нейтральном проводнике.
В четырехпроводной системе с однофазными нелинейными нагрузками некоторые нечетные гармоники, называемые тройками - нечетные кратные третьей гармоники: 3, 9, 15 и т. Д. - не отменяются, а скорее складываются в нейтральный проводник.
В системах со многими однофазными нелинейными нагрузками нейтральный ток может фактически превышать фазовый ток. Опасность здесь заключается в чрезмерном перегреве, поскольку, в отличие от фазных проводников, в нейтральном проводнике нет выключателей для ограничения тока.
Чрезмерный ток в нейтральном проводнике также может вызвать падение напряжения выше нейтрального проводника и заземления на выходе 120 В.
Рисунок 1 - Нейтральный ток, искаженный гармониками
Вернуться к содержанию ↑
2. Автоматические выключатели
Общие термомагнитные выключатели используют биметаллический механизм отключения, который реагирует на эффект нагрева тока цепи. Они сконструированы так, чтобы реагировать на истинно-среднеквадратичное значение текущей формы сигнала и срабатывают, когда механизм отключения становится слишком горячим.
Этот тип выключателя имеет хорошие шансы защитить от перегрузок гармонических токов.
Пик-чувствительный электронный выключатель срабатывает в соответствии с пиковым сигналом тока. В результате он не всегда будет правильно реагировать на гармонические токи. Поскольку пик гармонического тока обычно выше, чем обычно, этот тип автоматического выключателя может преждевременно отключиться при малом токе.
Если пик ниже нормы, прерыватель может не срабатывать, когда он должен.
Термальное изображение, которое показывает перегретые проводники и контакты на стороне линии автоматического выключателя (фото-кредит: irinfo.org)
Вернуться к содержанию ↑
3. Шины и соединительные выступы
Нейтральные шинные шины и соединительные выступы имеют размеры, которые несут полное значение номинального тока фазы. Они могут перегружаться, когда нейтральные проводники перегружены дополнительной суммой триплексных гармоник.
4. Электрические панели
Панели, рассчитанные на перенос токов 60 Гц, могут стать механически резонансными к магнитным полям, генерируемым гармоническими токами высокой частоты. Когда это происходит, панель вибрирует и излучает жужжащий звук на гармонических частотах.
Вернуться к содержанию ↑
5. Трансформаторы
Коммерческие здания обычно имеют трансформатор 208/120 В в конфигурации с треугольником. Эти трансформаторы обычно подпитывают сосуды в коммерческом здании. Однофазные нелинейные нагрузки, подключенные к сосудам, создают триплексные гармоники, которые складываются в нейтраль.
Когда этот нейтральный ток достигает трансформатора, он отражается в первичной обмотке дельта, где он вызывает перегрев и отказ трансформатора.
Другая проблема трансформатора связана с потерями в сердечнике и потерей меди. Трансформаторы обычно рассчитаны только на фазную нагрузку 60 Гц. Более высокие гармонические токи частоты вызывают увеличение потерь в сердечнике из-за вихревых токов и гистерезиса, что приводит к большему нагреву, чем при том же токе 60 Гц.
Эти эффекты нагрева требуют, чтобы трансформаторы были снижены на гармонические нагрузки или заменены специально разработанными трансформаторами.
Перегретый трансформатор из-за гармоник
Вернуться к содержанию ↑
6. Генераторы
Резервные генераторы подвержены тем же самым проблемам перегрева, что и трансформаторы. Поскольку они обеспечивают аварийное резервное копирование для генерирующих гармоник нагрузок, таких как оборудование для обработки данных, они часто становятся еще более уязвимыми.
В дополнение к перегреву, некоторые типы гармоник создают искажение при пересечении нуля формы волны тока, что создает помехи и нестабильность для схем управления генератора.
Пример из Square D Engineering Services
Водоочистные станции часто оснащены приводами с переменной частотой, генераторами озона и другими нагрузками, которые вызывают гармонические искажения. Во многих случаях эти установки также оснащены генераторами аварийного резерва, необходимыми для работы критических электрических нагрузок во время продолжительных отключений электроэнергии. Один из таких установок - установка опреснения воды с обратным осмосом, расположенная на побережье Соединенных Штатов, была обеспокоена возможностью надежной работы резервного генератора 938 кВА в присутствии гармонических искажений, впрыскиваемых мощными двигателями насоса с рабочим объемом VFD.
Последующие гармонические измерения сравнивали уровни искажений как с источниками полезности, так и с генераторами, а технический анализ предлагал гармонические методы смягчения, указанные измеренными уровнями гармоник.
Загрузка генератора, мониторинг гармоник и смягчающий анализ в
Установка для очистки воды
Поскольку нет места для объяснения всего исследования площади D, давайте кратко изложим, что они сделали, чтобы добиться уменьшения гармоник:
Обход одного из существующих трех изоляционных трансформаторов, обслуживающих 250-сильный привод, по-видимому, благотворно влияет на количество искажений гармонического тока на объекте. Как показано в следующем резюме, эффекты отмены могут быть улучшены для дальнейшего уменьшения 5-го и 7-го гармонических токов путем обхода одного трансформатора и обеспечения того, чтобы его 5-й и 7-й гармонические токи не изменились. После того, как эти токи будут добавлены к другому одному или двум 250-сильным токам привода, произойдет дополнительная отмена.
Вернуться к содержанию ↑
7. Телекоммуникации
Системы связи часто дают вам первый ключ к проблеме гармоник, потому что кабель можно запускать рядом с силовыми кабелями. Чтобы минимизировать индуктивные помехи от фазных токов, телекоммуникационные кабели работают ближе к нейтральному проводу.
Трюки в нейтральном проводнике обычно вызывают индуктивные помехи, которые можно услышать на телефонной линии. Это часто является первым признаком проблемы гармоник и дает вам начало в обнаружении проблемы до того, как она наносит серьезный урон.
Вернуться к содержанию ↑
Решения для компенсации и уменьшения гармоник
В то время как стандарты для ограничения генерации гармонических токов находятся на рассмотрении, гармонический контроль в настоящее время опирается в первую очередь на методы исправления. Существует несколько подходов, которые могут быть приняты для компенсации или уменьшения гармоник в энергосистеме с различной степенью эффективности и эффективности.
1. Негабаритная нейтральная проводка
В современных установках нейтральная проводка всегда должна быть указана как та же, что и силовая проводка, или больше, даже если электрические коды могут разрешать прокладку нейтрального провода. Соответствующая конструкция для поддержки нагрузки многих персональных компьютеров, таких как центр обработки вызовов, указывает, что нейтральная проводка превысит пропускную способность фазового провода примерно на 200 процентов.
Особое внимание следует уделить проводке в офисных кабинах! Обратите внимание, что этот подход защищает проводку здания, но не защищает трансформаторы.
Вернуться к содержанию ↑
2. Используйте отдельные нейтральные проводники
В трехфазных цепях ветвления вместо установки многопроводной ответвительной цепи, использующей нейтральный проводник, проведите отдельные нейтральные проводники для каждого фазного проводника. Это увеличивает пропускную способность и способность ответвлений для обработки гармонических нагрузок.
Этот подход успешно устраняет добавление гармонических токов в нейтральных ветвях, но нейтральная проводка панели и питающий нейтральный проводник все еще должны рассматриваться.
Вернуться к содержанию ↑
3. Используйте источники питания постоянного тока, на которые не влияют гармоники
В типичном центре обработки данных система распределения энергии преобразует мощность переменного тока на 480 вольт через трансформатор, который отключает его до 208 В переменного тока, который питает стойки серверов. Один или несколько источников питания на каждом сервере преобразуют этот вход переменного тока в постоянное напряжение, соответствующее внутренним компонентам устройства.
Эти внутренние источники питания не являются энергоэффективными, и они генерируют значительную теплоту, что накладывает дорогостоящую нагрузку на систему кондиционирования воздуха в помещении. Теплоотдача также ограничивает количество серверов, которые могут размещаться в центре обработки данных.
Может ли быть целесообразным устранить этот шаг, переключив питание на постоянный ток?
Согласно статье в журнале Energy and Power Management, компьютеры и серверы, оснащенные источниками постоянного тока вместо источников питания переменного тока, дают на 20-40% меньше тепла, снижают потребление энергии на 30%, повышают надежность сервера, обеспечивают гибкость установки и испытывают снижение требований к обслуживанию ».
Это звучит хорошо, но когда стоимость, совместимость, надежность и эффективность рассматриваются вместе, переход от переменного тока к электропитанию постоянного тока не оправдан для большинства центров обработки данных. Питание от сети переменного тока, даже если оно немного менее эффективно, является общеприемлемым для существующего оборудования.
Кроме того, пока нет стандартов безопасности лаборатории Underwriter's Laboratory (UL) для высоковольтных DC в центрах обработки данных, тогда как стандарты для систем переменного тока созревают. Это означает, что риски безопасности могут перевесить потенциальное усиление с мощью постоянного тока.
Вернуться к содержанию ↑
4. Используйте K-номинальные трансформаторы в компонентах распределения питания
Стандартный трансформатор не предназначен для высоких гармонических токов, создаваемых нелинейными нагрузками. Он будет перегреваться и выходить из строя преждевременно при подключении к этим нагрузкам. Когда гармоники были введены в электрические системы на уровнях, которые показали пагубные последствия (примерно в 1980 году), отрасль ответила разработкой трансформатора с К-номинальной мощностью.
К-номинальные трансформаторы не используются для обработки гармоник, но они могут обрабатывать тепло, генерируемое гармоническими токами, и являются очень эффективными при использовании под их коэффициентом K-фактора.
K-номинальная табличка трансформатора (фото-кредит: emscomn.com)
Значения коэффициентов K-фактора варьируются от 1 до 50. Предполагается, что стандартный трансформатор, предназначенный для линейных нагрузок, имеет коэффициент K-1. Чем выше K-фактор, тем больше тепла от гармонических токов, которые может обрабатывать трансформатор. Правильный выбор K-фактора очень важен, поскольку он влияет на стоимость и безопасность.
Вернуться к содержанию ↑
Опасности и повреждения от электрических гармоник
Узнайте о гармониках в вашей электрической системе. Это не так, но сколько. Гармоники создают опасные проблемы, которые включают пожар и отказ оборудования от постоянного перегрева.
Вернуться к содержанию ↑
Рекомендации //
- Устранение неисправностей гармоник питания Основные способы устранения неисправностей с помощью мультиметров и токовых зажимов от Fluke
- Гармоники в вашей электрической системе EATON
- Загрузка генератора, мониторинг гармоник и анализ сглаживания на установке по очистке воды Эдди Джонсом, ЧП; Ларри Рэй, ЧП; Тим Шютер, ЧП; Инженерные услуги Square D