Was sind Triplen-Harmonics und wo kommen sie vor?
Harmonische Phasenfolge
Um Netzwerkprobleme mit Triplen-Harmonischen zu verstehen, lassen Sie uns zunächst eine kurze Erklärung der harmonischen Phasenfolge und der dritten Harmonischen geben.
Ein 3.000 Grad Fahrenheit elektrischer Lichtbogenofen bereitet sich darauf vor, am Samstag in Severstal Columbus eine "Ladung" von Metallschrott für die Umwandlung in Stahl zu erhalten (Foto von Carmen K. Sisson / Dispatch Staff)
Energietechniker haben traditionell verwendetsymmetrische Komponenten zur Beschreibung des Verhaltens von 3-Phasen-Systemen. Das 3-Phasensystem wird in drei einphasige Systeme umgewandelt, die viel einfacher zu analysieren sind. Die Methode der symmetrischen Komponenten kann zur Analyse der Reaktion des Systems auf Oberwellenströme verwendet werden, vorausgesetzt, es wird darauf geachtet, dass die grundlegenden Annahmen der Methode nicht verletzt werden.
Das Verfahren ermöglicht, dass jeder unsymmetrische Satz von Phasenströmen (oder Spannungen) in drei symmetrische Sätze umgewandelt wird.
Der positive Sequenzsatz enthält dreiSinusoide, die um 120 mit der normalen A-B-C-Phasendrehung (z. B. 0, -120, 120) voneinander versetzt sind. Die Sinusoide des Negativsequenzsatzes sind ebenfalls um 120 versetzt, haben jedoch eine entgegengesetzte Phasendrehung (A-C-B, z. B. 0, 120, -120). Die Sinusoide der Nullfolge sind in Phase miteinander (z. B. 0, 0, 0).
In einem perfekt ausbalancierten 3-Phasensystem kann die harmonische Phasenfolge bestimmt werden durch Multiplizieren der harmonischen Zahl h mit der normalen positiven Phasenfolge.
Da eine verzerrte Wellenform in Energiesystemen nur ungeradzahlige harmonische Komponenten enthält, werden nachfolgend nur ungeradzahlige harmonische Phasenfolge-Rotationen zusammengefasst:
- Oberwellen der Ordnung h = 1, 7, 13,… sind rein positive Sequenz.
- Harmonische der Ordnung h = 5, 11, 17,… sind rein negative sequenz.
- Verdreifachungen (h = 3, 9, 15, ...) sind reine Nullfolge.
Triplen Harmonics
Triplen Harmonics sind die ungeraden Vielfachen derdritte Harmonische (h = 3, 9, 15, 21, ...). Sie verdienen besondere Beachtung, da das Systemverhalten bei Triolen oft erheblich anders ist als bei den übrigen Harmonischen.
Zwei typische Probleme sind das Überladen der Neutral- und Telefonstörung. Gelegentlich hört man auch Geräte, die nicht richtig funktionieren, weil die Spannung zwischen Leitung und Neutralleiter durch das Kabel stark verzerrt wird Verdreifachung des harmonischen Spannungsabfalls im Neutralleiter.
Für das in Abbildung 1 dargestellte System mit perfekt ausgeglichenen einphasigen Lasten wird davon ausgegangen, dass grundlegende und dritte Oberwellenkomponenten vorhanden sind. Summiert die Strömungen bei Knoten Nwerden die grundlegenden Stromkomponenten im Neutralleiter als Null befunden, aber die dritten Oberwellenkomponenten sind dreimal so groß wie die Phasenströme, da sie natürlich in Phase und Zeit zusammenfallen.
Abbildung 1 - Hohe Neutralströme in Stromkreisen, die einphasigen nichtlinearen Lasten dienen
Triplen-Oberschwingungen in Transformatoren
Transformatorwicklungsanschlüsse haben asignifikante Auswirkung auf den Fluss von dreifachen Oberschwingungsströmen von einphasigen nichtlinearen Lasten. In Abbildung 2 sind zwei Fälle dargestellt. Im Stern-Dreieck-Transformator (oben) werden die Oberschwingungsströme der Dreiergruppe auf der Sternseite gezeigt.
Da sie sich in der Phase befinden, addieren sie sich im Neutral.
Abbildung 2 - Fluss der dritten Oberwelle in 3-Phasen-Transformatoren
Die Dreieckswicklung sorgt so für ein Ampere-Turn-Gleichgewichtdass sie fließen können, aber sie bleiben im Delta eingeschlossen und zeigen sich nicht in den Leitungsströmen auf der Delta-Seite. Wenn die Ströme ausgeglichen sind, verhalten sich die Oberschwingungen der Triplen genau wie Nullstromströme.
Diese Art der Transformatorverbindung wird am häufigsten in Versorgungsstationen für Versorgungsunternehmen verwendet, wobei die Dreieckswicklung mit der Sendeeinspeisung verbunden ist.
Sie werden auf beiden Seiten zu gleichen Teilen vertreten sein. Viele Ladungen in den Vereinigten Staaten werden auf diese Weise bedient.
Einige wichtige Implikationen im Zusammenhang mit der Netzqualitätsanalyse sind:
Implikation # 1 - Transformatoren, insbesondere die neutralen Anschlüsse, sind anfällig für Überhitzung, wenn einphasige Lasten auf der Sternseite mit hohem dritten Oberschwingungsgehalt bedient werden.
Implikation # 2 - Die Messung des Stroms auf der Delta-Seite eines Transformators zeigt nicht die Verdreifachung und gibt daher keine genaue Vorstellung von der Erwärmung, der der Transformator ausgesetzt ist.
Der Strom der dreifachen Oberschwingungsströme kann durch die entsprechende Verbindung des Trenntransformators unterbrochen werden.
Implikation # 3 - Entfernen der neutralen Verbindung in einer oder beidenWindungen, blockiert den Fluss des dreifachen Oberschwingungsstroms. Es gibt keinen Platz für das Ampere-Turn-Gleichgewicht. Ebenso sperrt eine Dreieckswicklung den Fluss von der Leitung.
Das sollte man beachten dreibeinige Kerntransformatoren verhalten sich so, als hätten sie eine „Phantom-Delta-Tertiärwicklung“. Daher kann ein Wye-Wye, bei dem nur ein neutraler Punkt geerdet ist, die Triplen-Harmonischen von dieser Seite aus führen.
Es gelten diese Regeln für den dreifachen harmonischen Stromfluss in Transformatoren Nur für ausgewogene Ladebedingungen. Wenn die Phasen nicht ausgeglichen sind, können Ströme normaler dreifacher Oberwellenfrequenzen vWie gut sie sich zeigen, wo sie nicht erwartet werden.
Der Normalmodus für Triplen-Oberschwingungen soll eine Null-Sequenz sein. Bei Ungleichgewichten können auch Triplen-Oberwellen positive oder negative Sequenzkomponenten aufweisen.
Abbildung 3 - Beispiel für Spannungskerbung durch einen 3-Phasen-Wandler
Ein bemerkenswerter Fall davon ist ein 3-Phasen-Lichtbogenofen. Der Ofen wird fast immer von einem Delta-Delta gespeistUm den Fluss der Nullstrom-Ströme zu blockieren, wie in Abbildung 3 dargestellt, ist der Transformator blockiert. In Anbetracht der Tatsache, dass die dritten Oberwellen gleich null sind, sind viele Ingenieure überrascht, einen erheblichen Strom der dritten Oberwelle im Leitungsstrom zu finden.
Sie sind jedoch keine Nullstromströme. Die Ströme der dritten Harmonischen sind gleiche Beträge von positiven und negativen Sequenzströmen. In dem Maße, in dem das System größtenteils ausbalanciert ist, verhalten sich Triplens meistens auf die beschriebene Weise.
Was ist das Notching?
Einkerben ist eine periodische Spannungsstörungdurch den normalen Betrieb von Leistungselektronikgeräten, wenn der Strom von einer Phase zur anderen umgelenkt wird. Da das Kerben kontinuierlich auftritt, kann es durch das harmonische Spektrum der betroffenen Spannung charakterisiert werden.
Es wird jedoch im Allgemeinen als Sonderfall behandelt. Die mit dem Einkerben verbundenen Frequenzkomponenten können ziemlich hoch sein und können mit einer normalerweise zur Harmonischen-Analyse verwendeten Messausrüstung nicht ohne weiteres charakterisiert werden.
Abbildung 3 oben zeigt ein SpannungsbeispielKerbung aus einem 3-Phasen-Wandler, der einen Gleichstrom erzeugt. Die Kerben treten auf, wenn der Strom von einer Phase zur anderen kommutiert. Während dieser Zeit gibt es einen kurzzeitigen Kurzschluss zwischen zwei Phasen, der die Spannung so nahe an Null zieht, wie es die Systemimpedanzen zulassen.
Oberschwingungen für Bogenofenanlagen (Webinar)
Lichtbogenofeninstallationen sind bekannt dafür, dass sie bei jeder Anwendung die unkonventionellsten Probleme mit der Stromqualität haben.
Die Blindleistungskompensation ist extremDies ist aus vielen Gründen für diese Art von Anlagen wichtig, kann jedoch aufgrund der durch den Lichtbogenofen selbst verursachten uncharakteristischen Oberwellen auch komplexer sein als der Einbau herkömmlicher Sperrfilter.
Referenz // Stromqualität und Zuverlässigkeit von Surya Santoso, Mark F. McGranaghan und Roger C. Dugan