Зниження гармонік в електроенергетичних системах
Як поводитися з гармоніками в електроенергетичних системах
Хоча музичні гармоніки можуть бути приємними для вуха, гармоніки електричного струму - все більша проблема в енергосистемах. Обладнання та кабелі можуть перегрітися, двигуни можуть бути пошкоджені, а ваш рахунок за електроенергію може бути набагато вищим, ніж потрібно.
Не вдаючись до рівнянь Фур’є або не вимагаючи рівня електротехнічних знань, давайте розглянемо причину гармонік в сучасних енергосистемах та те, як огляд енергетики ваших об'єктів може допомогти вирішити проблему.
Гармонічні хвилі порівняно із звичайними хвилями змінного струму та напруги
Словникове визначення “гармонік”: Хвиля, частота якої ціле число, кратна іншій хвилі.
Звичайною формою хвилі змінного струму в більшості електричних ланцюгів є синусоїда, яка змінює напрямки на певній частоті, як правило, 50 або 60 герц. Лінійне електричне навантаження тягне струм з тією ж частотою та формою синусоїдальної хвилі, що і частота напруги та форма хвилі, хоча час або фаза між струмом та напругою можуть змінюватися.
Приклади лінійних навантажень включають освітлення лампами розжарювання та електронагрівачі. Навантаження для двигунів постійного струму змінного струму майже лінійне, а струм навантаження - це синусоїда з дуже незначними спотвореннями, оскільки лінійні навантаження відносно стабільні і не дають ніяких нових частот (гармонік).
Однак нелінійні навантаження спричиняють гармоніки, оскільки вони вживають струм на частотах, відмінних від 60 Гц, різкими та нерівномірними імпульсами. Потім ці несинусоїдальні спотворення у формах струму та напруги накладаються на декілька частот на основній частоті. Ці множинні частоти називаються гармоніками.
Офіси мають багато джерел нелінійних навантажень, які є генераторами гармонік, таких як комп’ютери, принтери, копіювальні апарати та світлодіодні драйвери для флуоресцентного освітлення. Промислові джерела нелінійних навантажень включають джерела безперебійного живлення, випрямлячі, приводи змінної частоти/швидкості для двигунів, програмовані контролери та флуоресцентне освітлення.
Гармоніки можуть проникнути у вашу енергосистему
Відсоток нелінійних навантажень в офісних будівлях та промислових приміщеннях збільшився за останнє десятиліття, оскільки освітлення лампами розжарювання замінюється флуоресцентним, оскільки до комп'ютерної мережі підключається більше комп'ютерів та програмованих контролерів, і оскільки більша кількість електродвигунів використовує приводи змінної частоти (VFD). Гармонічні порушення також можуть передаватися від мережі, якщо на вхідній потужності є нефільтрований конденсатор з корекцією коефіцієнта потужності.
Треті гармоніки спричинені джерелами живлення в комп’ютерах та електронними баластами, і можуть спричинити нейтральний струм, більший за фазові струми.
П'ята і сьома гармоніки, вироблені трифазними мостовими випрямлячами в джерелах живлення шестиімпульсних VFD, створюють пульсуючі моменти, які можуть спричинити вібрацію валу, пошкодити підшипники та муфти двигуна.