Pengaruh harmonisa tegangan dan arus yang lebih tinggi pada pengoperasian peralatan listrik

Harmonik tegangan dan arus yang lebih tinggi mempengaruhi elemen sistem tenaga dan jalur komunikasi.

Bentuk utama pengaruh harmonik yang lebih tinggi pada sistem tenaga adalah:

• peningkatan arus dan tegangan harmonik yang lebih tinggi karena resonansi paralel dan seri;

• mengurangi efisiensi proses produksi, transmisi, penggunaan listrik;

• penuaan insulasi peralatan listrik dan mengakibatkan pengurangan masa pakainya;

• pengoperasian peralatan yang salah.

Pengaruh resonansi pada sistem

Resonansi dalam sistem tenaga biasanya dipertimbangkan dalam hal kapasitor, khususnya kapasitor daya. Ketika harmonik arus melebihi tingkat maksimum yang diizinkan untuk kapasitor, yang terakhir tidak menurunkan kinerjanya, tetapi gagal setelah beberapa saat.

Area lain di mana resonansi dapat menyebabkan kerusakan peralatan adalah sistem kontrol beban overtone. Untuk mencegah sinyal diserap oleh kapasitor daya, sirkuitnya dipisahkan oleh filter seri yang disetel (filter-«notch»). Dalam kasus resonansi lokal, harmonisa arus dalam rangkaian kapasitor daya meningkat tajam, yang menyebabkan kerusakan pada kapasitor yang disetel dari filter seri.

Di salah satu instalasi, filter disetel ke frekuensi 530 Hz dengan arus lintasan 100 A memblokir setiap rangkaian kapasitor daya yang memiliki 15 bagian 65 kvar. Kapasitor filter ini gagal setelah dua hari. Alasannya adalah adanya harmonik dengan frekuensi 350 Hz, di sekitar langsung kondisi resonansi dibuat antara filter yang disetel dan kapasitor daya.

Efek harmonik pada mesin berputar

Harmonik tegangan dan arus menyebabkan kerugian tambahan pada belitan stator, di sirkuit rotor, dan di baja stator dan rotor. Rugi-rugi konduktor stator dan rotor akibat arus eddy dan efek permukaan lebih besar daripada yang ditentukan oleh resistansi ohmik.

Arus bocor yang disebabkan oleh harmonisa di zona ujung stator dan rotor menyebabkan kerugian tambahan.

Pada motor induksi rotor tirus dengan fluks magnet berdenyut di stator dan rotor, harmonisa yang lebih tinggi menyebabkan kerugian tambahan pada baja. Besarnya kerugian ini tergantung pada sudut kemiringan slot dan karakteristik sirkuit magnetik.

Distribusi rata-rata kerugian dari harmonik yang lebih tinggi dicirikan oleh data berikut; belitan stator 14%; rantai rotor 41%; zona akhir 19%; gelombang asimetris 26%.

Kecuali untuk kehilangan gelombang asimetris, distribusinya pada mesin sinkron kira-kira sama.

Perlu dicatat bahwa harmonik ganjil yang berdekatan di stator mesin sinkron menyebabkan harmonik dengan frekuensi yang sama di rotor. Misalnya, harmonik ke-5 dan ke-7 di stator menyebabkan harmonik arus orde ke-6 di rotor, berputar ke arah yang berbeda. Untuk sistem linier, kerapatan rugi-rugi rata-rata pada permukaan rotor sebanding dengan nilai tersebut, tetapi karena arah putaran yang berbeda, kerapatan rugi-rugi di beberapa titik sebanding dengan nilai (I5 + I7) 2.

Kerugian tambahan adalah salah satu fenomena paling negatif yang disebabkan oleh harmonik pada mesin yang berputar. Mereka menyebabkan peningkatan suhu keseluruhan mesin dan panas berlebih lokal, kemungkinan besar di rotor. Motor sangkar tupai memungkinkan kerugian dan suhu yang lebih tinggi daripada motor rotor gulungan. Beberapa pedoman membatasi tingkat arus urutan negatif yang diperbolehkan dalam generator hingga 10% dan tingkat tegangan urutan negatif pada input motor induksi hingga 2%. Toleransi harmonik dalam hal ini ditentukan oleh tingkat tegangan dan arus urutan negatif yang mereka buat.

Torsi yang dihasilkan oleh harmonik. Harmonik arus di stator menimbulkan torsi yang sesuai: harmonik membentuk urutan positif ke arah rotasi rotor, dan membentuk urutan terbalik ke arah yang berlawanan.

Arus harmonik di stator mesin menyebabkan gaya penggerak, yang menyebabkan munculnya torsi pada poros searah putaran medan magnet harmonik. Mereka biasanya sangat kecil dan juga sebagian diimbangi karena arah yang berlawanan. Namun, mereka dapat menyebabkan poros motor bergetar.

Pengaruh harmonik pada peralatan statis, saluran listrik. Harmonik arus di saluran menyebabkan tambahan kerugian listrik dan tegangan.

Dalam saluran kabel, harmonik tegangan meningkatkan efek pada dielektrik sebanding dengan peningkatan nilai maksimum amplitudo. Hal ini pada gilirannya meningkatkan jumlah kegagalan kabel dan biaya perbaikan.

Pada jalur EHV, harmonisa tegangan dapat menyebabkan peningkatan rugi-rugi korona karena alasan yang sama.

Pengaruh harmonik yang lebih tinggi pada transformer

Harmonik tegangan menyebabkan peningkatan rugi-rugi histeresis dan rugi-rugi arus eddy pada baja trafo, serta rugi-rugi belitan. Masa pakai insulasi juga berkurang.

Peningkatan kerugian belitan paling penting dalam trafo step-down karena adanya filter, biasanya dihubungkan ke sisi AC, tidak mengurangi harmonisa arus pada trafo. Oleh karena itu, perlu memasang transformator daya besar. Panas berlebih lokal pada tangki trafo juga diamati.

Aspek negatif dari efek harmonik pada transformator daya tinggi adalah sirkulasi arus urutan tiga nol dalam belitan terhubung delta. Ini bisa membuat mereka kewalahan.

Pengaruh harmonik yang lebih tinggi pada bank kapasitor

Kerugian tambahan pada kapasitor listrik menyebabkan panas berlebih. Secara umum, kapasitor dirancang untuk menahan kelebihan arus tertentu. Kapasitor yang diproduksi di Inggris Raya memungkinkan kelebihan beban 15%, di Eropa dan Australia - 30%, di AS - 80%, di CIS - 30%. Ketika nilai-nilai ini terlampaui, diamati dalam kondisi peningkatan tegangan harmonisa yang lebih tinggi pada input kapasitor, yang terakhir menjadi terlalu panas dan gagal.

Pengaruh harmonisa yang lebih tinggi pada perangkat proteksi sistem tenaga

Harmonik dapat mengganggu pengoperasian perangkat pelindung atau mengganggu pengoperasiannya. Sifat pelanggaran tergantung pada prinsip pengoperasian perangkat. Relai dan algoritme digital berdasarkan analisis data diskrit atau analisis zero-crossing sangat sensitif terhadap harmonik.

Paling sering, perubahan karakteristik kecil. Sebagian besar jenis relai akan beroperasi secara normal hingga tingkat distorsi 20%. Namun, meningkatkan pangsa konverter daya di jaringan dapat mengubah situasi di masa mendatang.

Masalah yang timbul dari harmonisa berbeda untuk mode normal dan darurat dan dibahas secara terpisah di bawah ini.

Dampak harmonik dalam mode darurat

Perangkat perlindungan biasanya merespons tegangan atau arus frekuensi dasar dan harmonik transien apa pun disaring atau tidak memengaruhi perangkat. Yang terakhir adalah karakteristik relai elektromekanis, terutama digunakan dalam proteksi arus berlebih. Relai ini memiliki inersia yang tinggi, yang membuatnya praktis tidak sensitif terhadap harmonik yang lebih tinggi.

Yang lebih signifikan adalah pengaruh harmonisa terhadap kinerja proteksi berdasarkan pengukuran resistansi. Perlindungan jarak, di mana resistansi diukur pada frekuensi dasar, dapat memberikan kesalahan yang signifikan dengan adanya harmonik yang lebih tinggi pada arus hubung singkat (terutama urutan ke-3). Konten harmonik yang tinggi biasanya diamati ketika arus hubung singkat mengalir melalui ground (resistansi ground mendominasi resistansi loop total). Jika harmonik tidak disaring, kemungkinan operasi salah sangat tinggi.

Dalam kasus hubung singkat logam, arus didominasi oleh frekuensi dasar. Namun, karena kejenuhan transformator, terjadi distorsi kurva sekunder, terutama dalam kasus komponen DC yang besar pada arus primer. Dalam hal ini, ada juga masalah dalam memastikan operasi perlindungan yang normal.

Dalam kondisi operasi tunak, nonlinier yang terkait dengan overeksitasi transformator hanya menyebabkan harmonik orde ganjil. Semua jenis harmonik dapat terjadi dalam mode transien, dengan amplitudo terbesar biasanya ke-2 dan ke-3.

Namun, dengan desain yang tepat, sebagian besar masalah yang tercantum dapat diselesaikan dengan mudah. Memilih peralatan yang tepat menghilangkan banyak kesulitan yang terkait dengan transformator pengukuran.

Pemfilteran harmonik, terutama dalam perlindungan digital, paling penting untuk perlindungan jarak. Pekerjaan yang dilakukan di bidang metode pemfilteran digital telah menunjukkan bahwa meskipun algoritme untuk pemfilteran semacam itu seringkali cukup rumit, mendapatkan hasil yang diinginkan tidak menimbulkan kesulitan khusus.

Pengaruh harmonisa pada sistem proteksi selama mode operasi normal jaringan listrik. Sensitivitas rendah dari perangkat pelindung terhadap parameter mode dalam kondisi normal menyebabkan tidak adanya masalah praktis yang terkait dengan harmonik dalam mode ini. Pengecualian adalah masalah yang terkait dengan masuknya transformator kuat ke dalam jaringan, disertai dengan lonjakan arus magnetisasi.

Amplitudo puncak tergantung pada induktansi transformator, resistansi belitan, dan momen saat penyalaan dihidupkan. Fluks sisa sesaat sebelum dinyalakan sedikit menambah atau mengurangi amplitudo, tergantung pada polaritas fluks relatif terhadap nilai awal tegangan sesaat. Karena tidak ada arus pada sisi sekunder selama magnetisasi, arus primer yang besar dapat menyebabkan proteksi diferensial trip secara salah.

Cara termudah untuk menghindari alarm palsu adalah dengan menggunakan penundaan waktu, tetapi ini dapat menyebabkan kerusakan serius pada trafo jika terjadi kecelakaan saat sedang menyala. Dalam praktiknya, harmonik kedua yang hadir dalam arus masuk, yang tidak seperti karakteristik jaringan, digunakan untuk memblokir proteksi, meskipun proteksi tetap cukup sensitif terhadap kesalahan internal transformator selama penyalaan.

Pengaruh harmonik pada peralatan konsumen

Pengaruh harmonik yang lebih tinggi di televisi

Harmonik yang meningkatkan tegangan puncak dapat menyebabkan distorsi gambar dan perubahan kecerahan.

Lampu neon dan lampu merkuri. Ballast lampu ini terkadang mengandung kapasitor dan dalam kondisi tertentu dapat terjadi resonansi, yang mengakibatkan kegagalan lampu.

Pengaruh harmonik yang lebih tinggi pada komputer

Ada batasan pada tingkat distorsi yang diizinkan dalam jaringan yang menggerakkan komputer dan sistem pemrosesan data. Dalam beberapa kasus, mereka dinyatakan sebagai persentase dari tegangan nominal (untuk IVM komputer — 5%) atau dalam bentuk rasio tegangan puncak dengan nilai rata-rata (CDC menetapkan batas yang diizinkan pada 1,41 ± 0,1).

Pengaruh harmonik yang lebih tinggi pada peralatan konversi

Takik pada tegangan sinusoidal yang terjadi selama peralihan katup dapat memengaruhi pengaturan waktu peralatan atau perangkat serupa lainnya yang dikontrol selama kurva tegangan nol.

Pengaruh harmonik yang lebih tinggi pada peralatan kecepatan yang dikendalikan thyristor

Secara teori, harmonik dapat mempengaruhi peralatan tersebut dalam beberapa cara:

• takik gelombang sinus menyebabkan kegagalan fungsi akibat misfiring dari thyristor;

• harmonik tegangan dapat menyebabkan misfires;

• resonansi yang dihasilkan di hadapan berbagai jenis peralatan dapat menyebabkan lonjakan dan getaran mesin.

Dampak yang dijelaskan di atas dapat dirasakan oleh pengguna lain yang terhubung ke jaringan yang sama. Jika pengguna tidak mengalami kesulitan dengan peralatan yang dikendalikan thyristor di jaringan mereka, kecil kemungkinan hal itu akan memengaruhi pengguna lain. Konsumen yang ditenagai oleh bus yang berbeda secara teoritis dapat saling mempengaruhi, tetapi jarak listrik mengurangi kemungkinan interaksi tersebut.

Pengaruh harmonisa pada pengukuran daya dan energi

Alat pengukur biasanya dikalibrasi ke tegangan sinusoidal murni dan meningkatkan ketidakpastian dengan adanya harmonik yang lebih tinggi. Besar dan arah harmonik merupakan faktor penting karena tanda kesalahan ditentukan oleh arah harmonik.

Kesalahan pengukuran yang disebabkan oleh harmonisa sangat tergantung pada jenis alat ukurnya. Pengukur induksi konvensional biasanya melebih-lebihkan pembacaan beberapa persen (masing-masing 6%) jika pengguna memiliki sumber distorsi. Pengguna seperti itu secara otomatis dihukum karena memperkenalkan distorsi ke dalam jaringan, sehingga kepentingan mereka sendiri untuk menetapkan cara yang tepat untuk menekan distorsi ini.

Tidak ada data kuantitatif tentang pengaruh harmonisa terhadap akurasi pengukuran beban puncak. Diasumsikan bahwa pengaruh harmonisa terhadap ketelitian pengukuran beban puncak sama dengan pengaruh terhadap ketelitian pengukuran energi.

Pengukuran energi yang akurat, terlepas dari bentuk kurva arus dan tegangan, disediakan oleh meteran elektronik, yang memiliki biaya lebih tinggi.

Harmonik mempengaruhi akurasi pengukuran daya reaktif, yang didefinisikan dengan jelas hanya dalam kasus arus dan tegangan sinusoidal, dan akurasi pengukuran faktor daya.

Pengaruh harmonisa terhadap keakuratan inspeksi dan kalibrasi instrumen di laboratorium jarang disebutkan, padahal aspek ini juga penting.

Pengaruh harmonik pada sirkuit komunikasi

Harmonik di sirkuit daya menyebabkan kebisingan di sirkuit komunikasi.Tingkat kebisingan yang rendah menyebabkan beberapa ketidaknyamanan, karena meningkat, sebagian dari informasi yang dikirimkan hilang, dalam kasus yang ekstrim, komunikasi menjadi tidak mungkin sama sekali. Dalam hal ini, dengan setiap perubahan teknologi dalam catu daya dan sistem komunikasi, pengaruh saluran listrik pada saluran telepon harus diperhitungkan.

Efek harmonik pada derau saluran telepon bergantung pada urutan harmonik. Rata-rata telepon - telinga manusia memiliki fungsi sensitivitas dengan nilai maksimum pada frekuensi urutan 1 kHz. Untuk mengevaluasi pengaruh berbagai harmonik pada kebisingan c. telepon menggunakan koefisien, yang merupakan jumlah harmonik yang diambil dengan bobot tertentu Dua koefisien yang paling umum: pembobotan psophometric dan transmisi C. Faktor pertama dikembangkan oleh International Consultative Committee on Telephone and Telegraph Systems (CCITT) dan digunakan di Eropa, yang kedua — oleh Bella Telephone Company dan Edison Electrotechnical Institute — digunakan di Amerika Serikat dan Kanada.

Arus harmonik dalam tiga fasa tidak saling mengkompensasi satu sama lain karena ketidaksetaraan amplitudo dan sudut fasa dan memengaruhi telekomunikasi dengan arus urutan-nol yang dihasilkan (mirip dengan arus gangguan bumi dan arus bumi dari sistem traksi).

Pengaruh tersebut juga dapat disebabkan oleh arus harmonisa pada fasa itu sendiri akibat perbedaan jarak dari penghantar fasa ke jalur telekomunikasi terdekat.

Jenis pengaruh ini dapat dikurangi dengan pemilihan jejak garis yang tepat, tetapi dalam kasus persilangan garis yang tidak dapat dihindari, pengaruh tersebut terjadi.Hal ini sangat nyata dalam kasus pengaturan vertikal kabel saluran listrik dan ketika kabel saluran komunikasi dialihkan di sekitar saluran listrik.

Pada jarak yang jauh (lebih dari 100 m) antar garis, faktor pengaruh utama ternyata adalah arus urutan-nol. Ketika tegangan nominal saluran listrik berkurang, pengaruhnya berkurang, tetapi ternyata terlihat karena penggunaan penyangga atau parit umum untuk meletakkan saluran listrik tegangan rendah dan saluran komunikasi.