Get Adobe Flash player

Barta Péter
Schneider Electric

A harmonikus áramokat különböző módokon lehet csökkenteni. A harmonikus tartalom mértékétől függően, a legrugalmasabb megoldás az Aktív Szűrő használata a harmonikus áramok csökkentésére. Összehasonlítva a passzív megoldásokkal az Aktív Szűrő telepítése széles kompenzált harmonikus spektrumot eredményez és a teljesítményelektronikai fejlesztéseknek köszönhetően versenyképes áron a kompenzáció szintje és sebessége sokkal magasabb, mint korábban.

The harmonic currents can be reduced in different ways. Depending on the level of the harmonics the most flexible solution is to use Active Filter for mitigation of harmonic currents. Compared to the passive solutions installation of AF offers widely compensated harmonic spectrum and thanks to the development in the power electronics the level and speed of compensation is much higher at competitive price than before.


Lineáris és nem lineáris
fogyasztók

Fogyasztók
csoportosítása

Lineáris fogyasztók. A fogyasztót szinuszos alapharmonikus feszültségre kapcsolva, függetlenül a feszültség és a felvett áram közötti szögtől (cosj) szinuszos alapharmonikus áramot vesz fel a hálózatból.

Nemlineáris fogyasztók. A nemlineáris fogyasztók szinuszos alapharmonikus feszültségre kapcsolva a felvett alaphar-monikus frekvenciájú áramon kívül felharmonikus áramot generálnak. A felvett áram jelalakja így nem szinuszos.

–    Időben állandó. Telítődő vasmagot tartalmazó fogyasztók, információ technológiai berendezések, kompakt fénycső elektronikus előtéttel, egyenirányítók.

 

–    Időben változó. Fényerő szabályozós világítás, egyenirányítók, tirisztorral szabályozott berendezések, információ technológiai berendezések, mikrohullámú sütő, fordulatszám szabályozott villamos hajtások, frekvenciaváltós inverteres hajtások, hegesztőberen-dezések.

Teljesítmény és a
felharmonikusok

Hatásos teljesítmény (P)

Reaktív (meddő) teljesítmény (Q)

Látszólagos teljesítmény (S)

Harmonikus reaktív (meddő) teljesítmény (D)

 

A vektorábrából látható hogy a meddő teljesítmény (Q) kompenzálása esetén a teljesítmény felharmonikus meddő (D) tartalma nem változik. A felharmonikus meddő csökkentése ezért külön műszaki megoldást igényel.

A teljes teljesítménytényező értéke figyelembe véve a felharmonikus meddő teljesítményt:

P/S

A fázisjavító berendezéseket a fázisszög eltérésből (P/S’) adódó meddő (Q) teljesítmény kompenzálására méretezik.
A felharmonikus meddő viszont továbbra is jelen marad a hálózaton, csökkentve ezzel a rendelkezésre álló hatásos teljesítményt, valamint növeli a hálózati (I2R) veszteséget.

Felharmonikusok
a hálózaton, azok hatásai

Osztályozás harmonikus
torzítás alapján

–    alacsony
THDi < 10%
THDu < 3%
–    normál
10% < THDi < 20%
3% < THDu < 5%
–    jelentős
20% < THDi < 50%
5% < THDu < 8%
–    magas
THDi > 50%
THDu > 10%

Osztályozás sorrend alapján

•    +    H1
•    0    H3
•    –    H5
•    +    H7
•    0    H9
•    –    H11
•    +    H13
•    0    H15
•    –    H17

Káros hatások

–    hőmérsékletemelkedés vezetőkben, berendezésekben,
–    megszakítók nem várt kioldása,
–    rezonancia,
–    feszültség hullámalak torzulás,
–    nullavezető túlterhelése,
–    méréstechnikai problémák,
–    nyomatékvesztés forgó gépekben.

Védekezés a
felharmonikusok káros
hatásai ellen

Szenzitív fogyasztók elkülönítése
Szenzitív fogyasztók leválasztása

Passzív szűrő alkalmazása

Aktív szűrő alkalmazása

 

Az aktív szűrő működési
elve

A fogyasztó által felvett harmoni-kusokkal szennyezett áramhoz az aktív szűrő ellenkező előjelű harmonikus áramot táplál be. Az így létrejövő áram jelalakja az aktív szűrő után 90-95%-al kevesebb felharmonikus áramot tartalmaz.

Az aktív szűrő előnyei
a passzív megoldásokkal
szemben

–    kis helyigény,
–    egyszerű telepíteni,
–    kiválaszthatóak a semlegesíteni kívánt felharmonikusok,
–    minimális késéssel képes követni a dinamikus változásokat,
–    nem okoz rezonanciát,
–    nem okoz gondot a berendezés névleges kompenzáló áramánál nagyobb felharmonikus áram, az aktív szűrőt ezáltal normál körülmények között nem lehet túlterhelni,
–    távolról felügyelhető.

A felharmonikus csökkentés
előnyei

–    hasonlóan a fázisjavításhoz a meddő energiaigény csökken, ezáltal nő a kivehető hatásos teljesítmény,
–    csökken a hálózat és a transzformátorok vesztesége,
–    rezonanciaveszély megszüntethető,
–    csökken a fázisjavító berendezések felharmonikus terhelése, ezáltal az élettartamuk nő,
–    védelmek biztonságosabb működése,
–    pontosabbá válnak a mérések,
–    nullavezető túlterhelésének megszűnése,
–    csökken a feszültségtorzulás mértéke,
–    elkerülhető a hálózat bővítése bizonyos esetekben.

Az aktív szűrő
megtérülése

A megtérülési idő nagyban függ az alábbi feltételektől:
–    felhasználási környezet annak felharmonikus tartalma, spektruma,
–    felharmonikus okból adódó üzemzavarok miatti kiesések, leállások értéke.

Példa aktív szűrő
alkalmazásra

Berendezések, körülmények
leírása

A mérés ideje alatt 2 db MGE GALAXY 6000 szünetmentes berendezés (500kVA/db) üzemelt párhuzamosan. A felharmonikus áramok csökkentésére 1 db MGE Sinewave típusú 120A felharmonikus kompenzálásra képes aktív szűrő van telepítve. A mérést a szünetmentesek közös betáplálási pontján végeztük. A szünetmentesek 6 ütemű egyenirányítóval rendelkeznek. A betáplálási ponton a fázisáramok közel szimmetrikusak ezért a továbbiakban csak egy fázis mérési adatait elemezzük.

Vonali áramfelvétel:

Látszólagos teljesítmény
alakulása:

 

A fázisonkénti látszólagos áramfelvétel 31 A –el csökkent a Sinewave működése alatt, a felharmonikus tartalom pedig 60% -al volt kevesebb. A UPS –ek 10% alatti terhelésen működtek ezért az egyenirányító egységük magasabb felharmonikus tartalmat generált.

A nemlineáris fogyasztók által generált felharmonikus áramok nem kívánatosak, esetenként veszélyesek a hálózatra, valamint az azon működő berendezésekre. A megnövekedett meddő energiafogyasztás szintén meghatározó ok a felharmonikus szennyezés csökkentésére a szigorodó energia minőségi szabványok betartása mellett.

Szabványok

EN 61000-3-2: Elektromágneses összeférhetőség (EMC). 3-2. rész: Határértékek. A harmonikus áramok kibocsátási határértékei (fázisonként legfeljebb 16 A bemenő áramú berendezésekre).

EN 61000-3-12: Elektromágneses összeférhetőség (EMC). 3-12. rész: Határértékek. A közcélú, kisfeszültségű rendszerekhez csatlakozó, fázisonként 16 A-nál nagyobb, de legfeljebb 75 A bemenő áramú berendezések által keltett harmonikus áramok határértékei.

EN 61800-3: Szabályozható fordulatszámú villamos hajtásrendszerek. 3. rész: EMC-követelmények és egyedi vizsgálati módszerek

IEC/TR 61000-3-14: Assessment of emission limits for harmonics, interharmonics, voltage fluctuations and unbalance for the connection of disturbing installations to LV power systems.

MSZ EN 50160:2001: A közcélú elosztóhálózatokon szolgáltatott villamos energia feszültségjellemzői.

Irodalom

Harmonic mitigation Solution Handbook / Schneider Electric

Harmonic detection and filtering / Schneider Electric