Barion Pixel

Villanyszerelők Lapja

A hálózati harmonikusokról röviden

2008. március 1. | Pástyán Ferenc |  3747 | |

Az alábbi tartalom archív, 13 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Napjainkban az elektromos hálózatra sok nemlineáris terhelés csatlakozik. Ezek hatására a hálózat szinuszos jelalakja eltorzul. A torz jelnek káros hatásai vannak a csatlakoztatott készülékekre és magára a hálózatra is. Az alábbiakban ezzel a problém...

Napjainkban az elektromos hálózatra sok nemlineáris terhelés csatlakozik. Ezek hatására a hálózat szinuszos jelalakja eltorzul. A torz jelnek káros hatásai vannak a csatlakoztatott készülékekre és magára a hálózatra is. Az alábbiakban ezzel a problémával kapcsolatban adunk egy rövid ismertetést.


Bármilyen periodikus nem-szinuszos jel előállítható az alapfrekvencia egész számú többszörösével rendelkező szinuszos jelek összegeként:

ahol: V0=v(t) átlagértéke, V1=az alapfrekvenciás jel amplitúdója, Vk = a k. harmonikus amplitúdója. Az elektromos hálózat alapfrekvenciája 50 Hz, a második harmonikus frekvenciája 100 Hz, a harmadik harmonikusé 150 Hz és így tovább. Az egyenletben láthatóan a k index értéke 1-től a végtelenig terjed. A valóságban a jel nem tartalmaz végtelen számú harmonikust, egy adott érték után a harmonikus értéke elhanyagolható lesz. Az EN 50160 szabvány ajánlása szerint a "k" index értéke elég, ha eléri a 40-es értéket. Ennek megfelelően a teljes harmonikus-tartalomra vonatkozó kifejezés a következőképpen alakul.

Ezzel az összes számításba vehető harmonikust figyelembe vettük. Minél nagyobb a kifejezés értéke, annál torzabb jellel van dolgunk.

A harmonikusokra megengedett határértékek
Az EN-50160 szabvány előírja, hogy a hálózat harmonikustartalma mekkora értéket érhet el. Normál feltételek mellett egy hét alatt bármelyik időpontban vizsgálva 10 perces időtartamig a hálózatot, az egyes harmonikusok értéke kisebb vagy egyenlő kell, hogy legyen a táblázatban megadott értékekkel.

A hálózat teljes harmonikus- tartalmának (THD) értéke (a 40. harmonikusig bezárólag) kisebb vagy egyenlő kell, hogy legyen 8%-nál. Ezek a határértékek elvileg csak az elektromos szolgáltatóra vonatkoznak, magukban foglalják azonban a felhasználóktól az elektromos hálózatra kikerülő harmonikusok értékét is.

A harmonikusok hatása
Minden olyan elektromos berendezés, készülék, amely nem-lineáris terhelési karakterisztikával rendelkezik, vagy a szinuszos jelnek csak egy részét használja, eltorzítja a szinuszhullám formáját. Ide tartoznak a háztartási gépek, a személyi számítógépek, a motorok fordulatszám-szabályozó áramkörei stb. A páratlan rendszámú harmonikusok jelentős áramokat hoznak létre, amelyek hatása elsősorban az elektromos hálózat semleges vezetőjén jelentkeznek.

Az elektromos energia a fogyasztóhoz általában a primer oldalon delta-, a szekunder oldalon csillag-kapcsolású transzformátoron keresztül jut el. A szekunder oldalon a fázis-semleges vezető közötti feszültség 230 V, az egyes fázisok között pedig 400 V. Igen nehezen biztosítható, hogy az egyes fázisokra azonos értékű terhelések csatlakozzanak. Még kb. 10 évvel ezelőtt is egy terhelésre jól kiegyenlített rendszerben a semleges vezetőben az áramok vektoriális összege nulla vagy nagyon kis értékű volt (az abszolút kiegyenlített terhelés nem valósítható meg!).

A hálózatra főleg izzólámpák, kis motorok és más, jó közelítéssel lineáris terhelést adó fogyasztók csatlakoztak. Ennek eredményeképpen a hálózat alapvetően szinuszos volt, és a semleges vezetőn igen kis áramok folytak.

A modern elektronikus eszközök, mint televízió, gázkisüléses csövek, video-berendezések, mikrohullámú sütők általában a hálózati periódusnak csak egy töredékrészében jelentenek terhelést a hálózatra, így nem- lineáris terhelést jelentenek, és ebből következően nem-lineáris áramokat hoznak létre. Mindezek a hálózati frekvencia páratlan harmonikusait állítják elő.

Emiatt az elosztó transzformátorokban nemcsak az 50 Hz-es alapfrekvenciájú jel, hanem a 150 Hz-es, a 300 Hz-es, és fölfelé minden páratan számú harmonikus is megjelenik. Az áramok vektoriális összege egy terhelésre jól kiegyenlített rendszerben akár egészen kis értékű lehet, az összegzés eredményeképpen azonban nem szűnik meg minden harmonikus. A 3 és annak páratlan számú szorzatainak megfelelő harmonikusok nem esnek ki, hanem a semleges vezetőn összeadódnak, és annak túlmelegedését okozhatják.

Következtetések
Általában a páros számú harmonikusok (azaz 2., 4. stb.) nem jelentenek problémát. A 3 és annak páratlan számú szorzatainak megfelelő harmonikusok, mint láttuk, nehézségeket okozhatnak. Az olyan berendezések tervezésénél, amelyek harmonikustartalommal rendelkező hálózatról fognak működni, az alábbi három szempontot érdemes figyelembe venni.

A semleges vezetőnek megfelelő keresztmetszettel kell rendelkeznie. Az elosztó transzformátornak többlethűtéssel kell rendelkeznie, hogy a névleges teljesítménnyel tudjon működni harmonikusok jelenlétében is. Ez azért szükséges, mert a szekunder oldali semleges vezetőn folyó harmonikus áramok átfolynak a delta-kapcsolású primer áramkörön is. Ez az áram melegíti a transzformátort.

A fázisvezetőn létrejövő harmonikusok visszaverődnek a primer körből, és visszafolynak a generátorba. Ez oly módon eltorzíthatja a feszültség jelalakját, hogy a bármelyik a hálózaton lévő fázisjavító kondenzátor könnyen túlterhelt állapotba kerülhet.

Az 5. és 11. harmonikus főleg a motorokra káros, azok működését darabossá teszi és emiatt azok élettartama lényesen csökkenhet. Általában elmondható, hogy minél nagyobb rendszámú harmonikusról van szó, az annál kisebb energiával rendelkezik, és így az általa a hálózatra kapcsolt eszközökre kifejtett hatása is annál kisebb.

Mérések, mérőműszerek
Láthatóan a harmonikusok jelenléte káros a hálózatra és a hálózatra csatlakozó berendezésekre, eszközökre. Ezért fontos a harmonikusok forrásának felderítése és a harmonikus-összetevők paramétereinek mérése. Az ilyen mérésekre alkalmas készülékek megtalálhatók a legtöbb elektromos mérésekkel foglalkozó gyártónál. A mérésre alkalmas mérőműszerek általában mikroprocesszoros felépítésűek, tekintettel a jelentős számítási feladatokra. Ennél fogva a készülékek ára sem az alacsony kategóriába tartozik, amely a 600-700 000 forint (nettó) körül kezdődik, és elérheti a milliós nagyságrendet.

Ezek a műszerek természetesen, mivel egyébként is mérik az áramot, feszültséget és teljesítmény-tényezőt, alkalmasak a valódi, meddő és látszólagos teljesítmény mérésére is. A harmonikus-összetevők paraméterei külön-külön mérhetők, és általában a műszer képernyőjén grafikusan meg is jeleníthetők. Ha azonban nem akarunk részletes, mélyreható méréseket végezni, célunk csak az, hogy felderítsük, hogy a hálózatunkon van-e és milyen mértékű a harmonikus-szennyezés, akkor erre a célra néhány tízezer forintos, ilyen mérésekre alkalmas lakatfogó is megfelel. Ezzel kimutatható a harmonikustartalom kb. a 20-25. harmonikusig, és felderíthető a harmonikusok forrása is.


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem