Filtracja Zniekształceń Harmonicznych: Filtry Pasywne - Zasada Działania
- Szczegóły
Filtry harmonicznych to odpowiedź na nieustannie rosnącą ilość obciążeń nieliniowych i zwiększająca się liczbę zakłóceń harmonicznych w sieci niskiego napięcia. Odbiorcy energii stają przed wyzwaniem ograniczenia harmonicznych prądowych wprowadzanych do sieci. Filtry wyższych harmonicznych stosowane są do poprawy parametrów jakości energii elektrycznej.
Czym są Harmoniczne i Skąd się Biorą?
Wysokie tempo rozwoju techniki w ostatnich stuleciach miało znaczący wpływ na poprawę standardu życia ludzi. Jedną z konsekwencji tego zjawiska jest ciągły wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną. Istnieje wiele urządzeń elektrycznych wyposażonych w obwody energoelektroniczne, których wykorzystanie pozwala na zaoszczędzenie dużej ilości energii. Najczęściej są to urządzenia o nieliniowych charakterystykach wejściowych. Pobierają one zniekształcony prąd, przez co wprowadzają do sieci elektrycznej zakłócenia w postaci składowych wyższych harmonicznych.
Termin harmoniczna pochodzi od określania tym pojęciem wibracji struny lub kolumny powietrza w akustyce. W elektrotechnice pojęcie to dotyczy składowej przebiegu (np. sinusoidalnego) o częstotliwości, która jest całkowitą krotnością danej częstotliwości podstawowej. W rzeczywistości nie występuje sygnał o kształcie idealnej sinusoidy, tzn. taki, który byłby złożony tylko ze składowej podstawowej. Napięcie występujące w sieci elektrycznej nie jest idealnie sinusoidalne.
W celu określenia zawartości harmonicznych prądu w sygnale odkształconym, stosuje się współczynnik THDi (total harmonie current distortion). Jest on zdefiniowany jako stosunek wartości skutecznej wyższych harmonicznych sygnału do wartości skutecznej wartości podstawowej. Zazwyczaj podawany jest on w procentach.
Źródła Harmonicznych
Składowe wyższych harmonicznych prądu w sieciach elektrycznych są efektem ubocznym działania nieliniowych odbiorników takich jak żarówki energooszczędne, regulatory oświetlenia czy przetwornice częstotliwości.
Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej
Negatywny Wpływ Harmonicznych
Występowanie składowych wyższych harmonicznych w sieci elektrycznej ma negatywny wpływ na prawidłową pracę urządzeń, które są z niej zasilane. Obecność zniekształceń powoduje wzrost strat mocy oraz wzrost zużycia energii pobieranej przez urządzenia, a co za tym idzie szybsze zużywanie się komponentów, z których zbudowany jest system. Zwiększenie temperatury o 10°C w odniesieniu do temperatury znamionowej może spowodować skrócenie żywotności izolacji nawet do 50%. Według badań ekspertów obecność składowych wyższych harmonicznych powoduje wzrost temperatury od 2 do 5°C w zależności od ich rzędu oraz amplitudy. W ekstremalnych przypadkach zakłócenia występujące w sieci zasilającej powodują niestabilną pracę urządzeń sterujących, ich samoczynne wyłączanie, pulsację wałów silników oraz trwałe uszkodzenia komponentów.
Pasywne Filtry Harmonicznych
Filtry wyższych harmonicznych pasywne przeznaczone są przede wszystkim do współpracy z układami przemienników częstotliwości, a filtry aktywne pozwalają dopasować się do prawie każdego obciążenia. Kompensatory mocy biernej często posiadają funkcję filtrowania harmonicznych prądu, zwłaszcza rzędów 3, 5, 7, 9, 11 i 13. Filtry pasywne tłumią harmoniczne powyżej 50 Hz, szczególnie 3. rzędu, które są najbardziej uciążliwe.
Filtry pasywne stanowią duży i kosztowny element systemów. Z powodu strat mocy, pewna część energii tracona jest w postaci ciepła. Filtr bierny projektowany jest dla określonych harmonicznych. Filtr bierny projektowany jest dla określonych harmonicznych. Poprawia także jakość filtrowania.
Praktyczne Aspekty i Korzyści z Filtracji Harmonicznych
Zatem co daje filtracja harmonicznych które wytwarzają urządzenia w przykładowo Twoim zakładzie produkcyjnym? Nie wypuszczą ich na publiczną sieć energetyczną przez co nie będą musiały się z nimi mierzyć transformatory oraz inne urządzenia podłączone do sieci. Najważniejsza korzyść jest taka że harmoniczne zostaną odfiltrowane a Ty nie dostaniesz kary za wysyłanie ich w sieć. Skoro dzięki niemu Twoje silniki, transformatory mniej się grzeją, występują na nich mniejsze straty energii, to logiczne że pobór mocy będzie mniejszy. Co do wysokich harmonicznych i efektów naskórkowych, może być to też przesłanką do zwiększenia przekrojów kabli zasilających. Czyli albo grube kable, albo kompensator z filtrem harmonicznych.
Filtry harmonicznych, zarówno pasywne (układy LC lub RLC), jak i aktywne, poprawiają jakość energii, zmniejszają zużycie energii przez ograniczenie strat cieplnych i mogą wydłużyć żywotność urządzeń.
Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów
W zastosowaniach takich jak stacje benzynowe czy sklepy spożywcze, gdzie występują urządzenia chłodnicze i klimatyzacyjne, filtracja harmonicznych może przynieść korzyści w postaci mniejszej awaryjności i oszczędności energii rzędu kilku procent. W przypadku instalacji z falownikami i silnikami sterowanymi elektronicznie, profesjonalny pomiar i dobór filtrów harmonicznych jest zalecany, często realizowany przez specjalistyczne firmy.
Redukcja wyższych harmonicznych prądu przez filtry aktywne zapewnia stabilność i niezawodność systemów zasilania, a także spełnia rosnące wymagania dotyczące jakości energii elektrycznej.
Przeczytaj także: Optymalne rozcieńczenie bimbru
tags: #filtracja #zniekształceń #harmonicznych #filtry #pasywne #zasada
