Kvalitet električne energije-viši harmonici
1.1. Kvalitet električne energije
Prisustvo velikog broja nelinearnih potrošača u distributivnim mrežama dovodi do
niza negativnih efekata koji se odražavaju kako na samu mrežu tako i na ostale
priključene potrošače. Zajednički interes potrošača i proizvođača električne
energije je poslednjih godina doveo u žižu interesovanja probleme vezane za
kvalitet električne energije, odnosno sadržaj harmonika u distributivnoj mreži i
druge aspekte kvaliteta električne energije (neprekidnost napajanja, prisustvo
kratkotrajnih fluktuacija i distorzija,...).
Danas je u svetu pred proizvođače i projektante uređaja energetske
elektronike postavljen čitav niz standarda i preporuka iz oblasti kvaliteta električne
energije. Tradicionalno se smatralo da je kvalitet električne energije u stvari
pouzdanost,odnosno nepostojanje trajnih prekida u snabdevanju električnom
energijom, dok moderno shvatanje kvaliteta električne energije podrazumeva i
sigurno (neprekidno) napajanje i fizički kvalitet napona. Problemi neprekidnosti
napajanja se uglavnom rešavaju u toku postupka planiranja i izgradnje mreže, dok
je problem fizičkog kvaliteta napona usko vezan za eksploataciju. Dominantan
uticaj na fizički kvalitet napona imaju nelinearni potrošači (uređaji energetske
elektronike, zasićene električne mašine,elektrolučne peći, itd...),tranzijentne pojave
usled komutacija u sistemu (rad prekidača),rad elektroenergetskog sistema na
granicama mogućnosti, itd...
Narušavanje kvaliteta električne energije podrazumeva narušavanje osnovnih
parametara napona u ustaljenim ili prelaznim režimima i deformaciju talasnih
oblika. Osnovni parametri napona su njegova efektivna vrednost, frekvencija i
simetrija faznih napona.Dalje će biti razmatrani standardi vezani za sadržaj viših
harmonika kako napojnog napona tako i struje koju potrošač uzima, dok drugi
aspekti kvaliteta električne energije se neće razmatrati.
2. Viši harmonici
Napon viših harmonika
je sinusni napon, čija je frekvencija celobrojni umnožak
frekvencije osnovnog harmonika.Viši harmonici su nepoželjni u mrežama, jer se
zbrajaju na osnovni talas i izobličuju ga, što uzrokuje problem u napajanju
osetljivih potrošača, npr. medicinske opreme,koja zahteva čisti sinusni napon.
Slika 2.
Talasni oblici napona prvog, petog i sedmog harmonika
Dopuštene vrednosti viših harmonika (h od 2 do 40) tablično se prikazuju, i to:
- pojedinačno, njihovim amplitudama (Uh), svedenim na amplitudu osnovnog
harmonika
(U1),
- zajednički, pomoću ukupnog sadržaja viših harmonika: THD (eng. Total
Harmonic Distortion – ukupno harmonijsko izobličenje), koje se izračunava kao:
...................................................................................................
.(1)
Tokom svakog desetminutnog intervala vrednost THD-a mora biti < 8% vrednosti
prvog harmonika, dok vrednosti pojedinih harmonika mogu imati vrednosti
najčešće u pojasu od 0,5% (npr. od 6., do 24. harmonika) do 6% (npr. za “poznati”
5. harmonik) od vrednosti prvog harmonika.Više harmonike u mrežnom naponu
najčešće proizvode viši harmonici struja nelinearnih opterećenja potrošača, koji su
priključeni na različitim nivoima distributivne mreže. Ti viši harmonici struje
opterećenja stvaraju na impedansama unutar distributivne mreže odgovarajuće više
harmonike napojnog napona. S druge strane, sve veća primena pretvarača
frekvencije i sličnih upravljačkih uređaja utiče na povećanje vrednosti
međuharmonika, čije se dopuštene vrednosti u okviru norme EN 50160 još
Indukcione peći,
Aparati za elektrolučno zavarivanje.
Slika 3.
Šema trofaznog ispravljača
Slika 3.2.
Talasni oblik struje trofaznog ispravljača
Slika 3.5.
Talasni oblici struje
:
a) magnećenja transformatora,
b) hladnjaka zamrzivača,
c) klima uređaja,
d) jednofaznog pretvarača sa sklopnim načinom rada,
e) fluorescentne cevi sa elektromagnetnom prigušnicom,
d) fluorescentne cevi sa elektronskom prigušnicom
4. Problemi zbog viših harmonika
Problemi koji u elektroenergetskom sistemu nastaju zbog prisustva viših harmonika
su brojni i ovde će biti navedeni samo neki, kao što su:
Manja iskoristivost snage.
Mrežni kablovi su dimenzionisani i osigurani na
osnovu struje koju mogu sigurno isporučiti. Pošto mali faktor snage povećava
prividnu struju iz izvora, iznos korisne snage koju može povući kolo je smanjen
zbog toplotnih ograničenja.
