Ağ Harmonikleri Analizi

Elektrik şebekesinde lineer bir yük için sistemde kullanılan gerilim ve oluşan akımın dalga şekli sinüs şeklindedir. Günümüzde kullanılan makinelerdeki sistemlerin (hız kontrol cihazları,kesintisiz güç kaynakları.. vb.) yük karakteristiği lineer değildir. Bu sebeple sistemin kullandığı akım şekli bozulmaktadır. Ağ harmonikleri analizini sizle için derledik.

A- A+

08.05.2017 tarihli yazı 7933 kez okunmuştur.

Harmonik Elektrik Şebekesi Ağ Analiz Yük Karakteristiği

Şekil 1: 2.000 kVA'lık 6palsli bir doğrultucu içeren basitleştirilmiş bir ağ

► İlginizi Çekebilir: Enerji Kalitesi ve Harmonik Analizi Ölçümleri

6 darbeli doğrultucu ile bir harmonik enjekte etme

Şekil 1'deki diyagram, 2.000 kVA'lık 6 darbeli bir doğrultucu içeren basitleştirilmiş bir ağı temsil etmektedir.

Bir harmonik akım spektrumu enjekte ederek,ardışık olarak üç farklı hesaplamada aşağıdaki ekipmanlar dikkate alınacaktır.

► Tek başına 1000 kVAr kapasitör bankı

► 1000 kVAr olan anti-harmonik reaktöre bağlı kondansatör ekipmanı

► İki filtre dizisi (5. harmoniğe ayarlanmış bir rezonans şönt ve 7. harmoniğe ayarlanmış 2. derece sönümlü filtrelerden oluşan)

“1000 kVAr kompanzasyon gücü, güç faktörünü konvensiyonel bir değere getirmek için gereklidir; 20 kV dağıtım şebekesinde bulunan harmonik gerilimler ihmal edilmiştir”

1) Tek başına kondansatör bankası

Harmonik akımların verildiği düğümde görülen ağ harmonik empedansı eğrisi (bkz. Şekil 2), 7. harmonik akımının yakınında maksimumu (anti-rezonans) gösterir.

Şekil 2: Harmonik akımların, tek bir kondansatör bankı ile donatılmış bir ağa enjekte edildiği düğümden görülen harmonik empedans

Şekil 3: Tek bir kondansatör grubu ile donatılmış 5.5 kV şebekesinin harmonik gerilim spektrumu

Fakat aşağıdaki özellikler kabul edilemez:

5.5 kV şebeke için toplam harmonik gerilim bozulması %12.8 (%5'e kıyasla izin verilen maksimum değer) (özel ekipman gereksinimlerini dikkate almadan);

İzin verilen azami 1,3 değerini aşan toplam kondansatör yükü, rms akım oranının 1,34 katıdır (bkz. şekil 4).

Şekil 4: Kondansatörlerde akan harmonik akımların, tek bir kondansatör grubu ile donatılmış ağ için spektrumu

► İlginizi Çekebilir: Harmonikler ve İç Harmonikler

Bu nedenle kapasitörlerle yapılan çözüm tek başına kabul edilemez.

2) Reaktöre bağlı kondansatör grubu

Harmonik Empedansı

Harmonik akımların verildiği düğümde görülen şebeke harmonik empedansı, 4.25 harmonik çevresinde maksimum 16 ohm (anti-rezonans) gösterir. 5. harmoniğin endüktif karakterinin düşük empedansı 5. harmonik miktarların filtrelemesini destekler.

Şekil 5: Reaktöre bağlı kondansatörler ile donatılmış bir ağa harmonik akımların verildiği düğümde görülen harmonik empedans

Gerilim Bozulması

5.5 kV şebeke için, belirli hassas yüklerde % 1.58 (7. harmonik),% 1.5 (11. harmonik) ve% 1.4 (13. harmonik) bireysel harmonik voltaj oranları çok yüksek olabilir. Ancak çoğu durumda, toplam harmonik gerilim bozulması % 2.63 olarak kabul edilir.

20 kV şebeke için toplam harmonik bozulma sadece % 0.35'dir, dağıtım için kabul edilebilir bir değerdir.

Şekil 6: Reaktöre bağlı kondansatörler ile donatılmış 5.5 kV şebekesinin harmonik gerilim spektrumu

Kapasitör Akım Yükü

Kondansatörlerin toplam rms akım yükü, harmonik akımlar da dahil olmak üzere, akım değerinin 1.06 katı, yani maksimum 1.3'ün altındadır. Bu, reaktöre bağlı kondansatörlerin birinci çözümle (tek başına kondansatörler) karşılaştırıldığında en büyük avantajıdır.

Şekil 7: Reaktöre bağlı kondansatörler ile donatılmış bir ağ için kapasitörlerde akan harmonik akımların spektrumu

3) 5. harmoniğe ayarlanmış rezonans şönt filtresi ve 7. harmoniğe ayarlanmış sönümlü bir filtre

Bu örnekte, iki filtre arasındaki reaktif gücün dağılımı, filtrelenmiş 5. ve 7. gerilim harmonikleri kabaca aynı değere sahip olacak şekildedir. Gerçekte, bu gerekli bir durum değildir.

Harmonik Empedans

Harmonik akımların verildiği düğümde görülen şebeke harmonik empedansı, harmonik 4.7 civarında maksimum 9.5 ohm (anti-rezonans) gösterir.

► 5. harmonik için, bu empedans reaktör direncine indirgenir ve 5. harmonik miktarların filtrelemesini sağlar.

► 7. harmonik için sönümlü filtrenin düşük, tamamen dirençli empedansı da bireysel harmonik gerilimleri düşürür.

► Ayar frekansından daha yüksek harmonikler için sönümlü filtre empedansı eğrisi ilgili harmonik gerilimleri azaltır.

Bu nedenle bu ekipmanın ikinci çözüm üzerinde (reaktöre bağlı kondansatörler) bir iyileşme sunmaktadır.

Şekil 8: Harmonik akımların 5. harmoniğe ayarlanmış bir rezonans şönt filtresi ve 7. harmoniğe ayarlanmış sönümlü bir filtre ile donatılmış bir ağa enjekte edildiği düğümde görülen harmonik empedans

Gerilim Distorsiyonu

5.5 kV şebeke için, 5., 7., 11. ve 13. harmonikler için sırasıyla% 0.96,% 0.91,% 1.05 ve% 1'lik harmonik voltaj oranları, hassas yükler için kabul edilebilirdir. Toplam harmonik gerilim bozulması % 1,96'dır.(bkz. şekil 3-4)

20 kV şebeke için, toplam harmonik bozulma (THD) sadece% 0.26'dır, dağıtım aracı için kabul edilebilir bir değerdir.

Şekil 9: 5. harmoniğe ayarlanmış bir rezonant şönt filtresi ve 7. harmoniğe ayarlanmış bir sönümlü filtre ile donatılmış 5.5 kV şebekesinin harmonik gerilim spektrumu

Kondansatör Akımı

Kondansatörün büyüklüğü, temel frekanstaki aşırı gerilim, harmonik gerilimler ve akımlar dikkate alınarak seçilmelidir. Bu örnek, sorunun ilk yaklaşımını göstermektedir.

Bununla birlikte, pratikte, devre elemanlarına (L, r, C ve R) ilişkin hesaplamaların üzerinde ve üzerinde, herhangi bir çözümün uygulanmasına geçmeden önce diğer hesaplamalar gereklidir:

► Kondansatörlere bağlı reaktörlerde akan akımların spektrumları;

► Kondansatör terminallerindeki toplam voltaj distorsiyonu;

► Reaktör imalat toleransları ve gerektiğinde ayarlama vasıtaları;

► Sönümlü filtrelerin dirençlerinde akan akımların tayfları ve toplam rms değeri;

► Enerji verildiğinde filtre elemanlarını etkileyen voltaj ve enerji geçişleri.

Hem ağın hem de ekipmanın sağlam bir şekilde anlaşılmasını gerektiren bu daha zor hesaplamalar, filtre üretim spesifikasyonları için gerekli tüm elektro-teknik bilgileri belirlemek için kullanılır.

Kaynak:

► Electrical Engineering Portal