Udostępnij Udostępnij Udostępnij Udostępnij Print

Wyższe harmoniczne a koszty energii

-- piątek, 14 lipiec 2017

Zrozumienie przyczyn powstawania wyższych harmonicznych w systemach zasilania oraz ich skutków pozwoli uniknąć problemów w użytkowaniu urządzeń elektrycznych i ich możliwych uszkodzeń.

Wyższe harmoniczne powstają na skutek nieliniowych charakterystyk pracy urządzeń elektrycznych. Warto wiedzieć, jak dokonywać pomiarów związanych z mocą w obwodach zasilania urządzeń, by nie przekroczyć krytycznych wartości wynikających z umowy z dostawcą prądu i uniknąć związanych z tym kar. W pomiarach i obliczeniach można posiłkować się tzw. trójkątem mocy, by zrozumieć zależności pomiędzy mocą czynną, pozorną i bierną oraz czym jest współczynnik mocy.

Trójkąt mocy

Trójkąt mocy pokazany na rys. ilustruje zależności pomiędzy mocą czynną (P,
mierzoną w watach – W, kW), mocą pozorną (S, mierzoną w woltamperach – VA, kVA), mocą bierną (Q, mierzoną w warach – VAR, kVAR) i współczynnikiem mocy PF (cos
φ), czyli wielkościami i pojęciami, z jakimi mamy do czynienia w systemach zasilania prądem sinusoidalnie zmiennym.

-> Moc czynna P – to część mocy, jaka jest pobierana ze źródła zasilania i zamieniana na pracę; wyraża się ją w watach lub kilowatach. Jej wartość odzwierciedla poziomy wektor (na wykresie jest to

wektor KW), czyli o kącie 0°, opisany iloczynem mocy pozornej i współczynnika mocy cos φ.

-> Moc pozorna S – to wielkość fizyczna będąca iloczynem wartości skutecznych napięcia i natężenia pod obciążeniem, wyrażana w woltamperach. Na wykresie opisuje ją wektor KVA.

-> Wektor mocy biernej Q – może mieć zwrot dodatni lub ujemny i jest iloczynem reaktancji elementów obwodu elektrycznego (indukcyjnej, pojemnościowej lub ich kombinacji) oraz kwadratu wartości skutecznej prądu płynącego przez te elementy. Moc bierna jest wyrażana w warach, a na wykresie opisuje ją wektor KVAR.

-> Współczynnik mocy cos φ – jest to stosunek mocy czynnej do pozornej, opisywany jako cosinus kąta, którego tangens to iloraz mocy biernej i czynnej. W sensie fizycznym opisuje on przesunięcie fazowe pomiędzy napięciem a prądem, co jest spowodowane reaktancją elementów układu.

Rachunki za energię

Dostawcy energii elektrycznej mierzą jej ilość w kilowatogodzinach – kWh. Gospodarstwa domowe płacą po prostu za tyle prądu, ile zużyją wg określonej stawki za 1 kWh, ale odbiorcy komercyjni i przemysł rozliczają się w oparciu o wcześniej uzgodnione kontrakty, za przekroczenie których płacą kary. W umowach tych określa się zapotrzebowanie na energię wyrażane w kW w określonej jednostce czasu. Niektórzy dostawcy obligują dużych odbiorców do utrzymywania współczynnika mocy (czyli stosunku kW do KVA) w zakresie określonym w kon-trakcie.

Powszechnie akceptowany sposób modelowania obciążenia dla większości odbiorców przemysłowych to rozpatrzenie układu równoległego połączenia rezystancji, reaktancji indukcyjnej i opcjonalnie również reaktancji pojemnościowej. Prezentowana powyżej tabela pokazuje wnioski płynące z istnienia trójkąta mocy, odnośnie obciążenia w układzie zasilanym prądem zmiennym bez wyższych harmonicznych w sytuacji, gdy dodano kondensator.

Efekty występowania wyższych harmonicznych w systemach prądu sinusoidalnego

Częstotliwości harmoniczne mogą się pojawić w systemie zasilania na skutek wielu różnych zjawisk i sytuacji, np. gdy:

-> zainstalowano nowoczesny sprzęt elektryczny z wbudowanymi mikroprocesorami i układami elektronicznymi – zwykle ma on nieliniową charakterystykę obciążenia, co sprzyja powstawaniu wyższych harmonicznych;

-> działa oświetlenie LED;

-> funkcjonują nieliniowe pola magnetyczne w transformatorach i obrotowych szczelinach powietrznych;

-> straty w rdzeniach transformatorów związane z prądami wirowymi i efektem naskórkowości ulegają wzmocnieniu wraz z częstotliwością;

-> wydajność transformatora jest zniekształcana przez elementy pracujące z prądem stałym, które generują dodatkowe prądy niesinusoidalne.

Wyższe harmoniczne, które są wynikiem nieliniowego obciążenia, powodują tworzenie się niesinusoidalnych prądów w formie pulsowania. Ich obecność oznacza odkształcenia w sinusoidalnych przebiegach napięcia i prądu, co dodatkowo obciąża urządzenia elektryczne i może prowadzić do ich uszkodzenia, przerw w dostawie prądu i przestojów.

Występowanie wyższych harmonicznych ma swoje odbicie w całej sieci, a sytuację pogarsza tylko stosowanie nowoczesnej elektroniki. Dodatkowo, poza większymi kosztami utrzymania ruchu, mogą one generować dodatkowe koszty związane z karami za niedotrzymywanie warunków umowy z dostawcą energii.

By uniknąć takiej sytuacji, trzeba odpowiedzieć na kilka istotnych pytań:

-> Czy w moim systemie występują wyższe harmoniczne?

-> Czy grożą mi za nie kary?

-> Ile wynoszą?

-> Jak dostawca energii mierzy wartości używane do obliczania faktur?

-> Czy dostawca energii pozwala negocjować faktury?

Odpowiadając na te pytania i stosując odpowiednie pomiary, można zmniejszyć negatywne efekty związane z występowaniem wyższych harmonicznych w systemie zasilania.

Autor: John Lehman jest menedżerem w firmie Dataforth. 

Tekst pochodzi ze specjalnego wydania “Energia 2017". Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.


Przeczytaj także

Wielokolorowe, wytrzymałe oświetlenia LED
Wśród niedawno wprowadzonej do oferty firmy Turck serii WLS27 pojawiła się nowa interesująca wersja liniowego oświetlenia LED. Nowy produkt ma wszelkie zalety serii, czyli nieprawdopodobnie wysoką... więcej »
Dassault Systèmes wzmacnia swoją pozycję 
w dziedzinie inżynierii systemów
Dassault Systèmes poinformowała o podpisaniu ostatecznej umowy zakupu partnerskiej firmy No Magic, Incorporated – działającej na rynkach międzynarodowych i specjalizującej się w modelowaniu i... więcej »
Rola systemów CNC i sterowników PLC w fabryce przyszłości
Wraz z rozwojem i zaawansowaniem automatyki produkcyjnej, przemysłowe sterowniki i systemy sterowania stają się coraz bardziej złożone, ale też bardziej efektywne; będzie to miało wpływ na zmianę... więcej »
Przemysł 4.0 na żywo w DECKEL MAHO Pfronten
Fabryka cyfrowa, integralne rozwiązania automatyzacji i doskonałość technologiczna – DMG MORI zaprezentuje pełen zakres kompetencji produkcyjnych podczas tradycyjnego wydarzenia DECKEL MAHO Pfronten... więcej »
Maksymalizowanie zwrotu z inwestycji za pomocą zintegrowanego podejścia do systemów sterowania
Nowoczesne programowalne sterowniki logiczne (PLC) łączą w sobie funkcje integracji i cyberbezpieczeństwa, a wykorzystanie standardu OPC UA w przetwarzaniu danych zapewnia większą wydajność produkcji... więcej »
Korzyści z zastosowania czujników magnetostrykcyjnych w turbinach wiatrowych
Magnetostrykcyjne liniowe czujniki położenia są przeznaczone do wykorzystania w zaawansowanym sterowaniu ruchem oraz przy współpracy z interfejsem CANopen. Stosuje się je w aplikacjach turbin... więcej »
 
Aktualne wydanie

Zobacz także

  •   Wydarzenia  
  •   Katalog  

Wydarzenia

INDUSTRYmeeting 2018
2018-02-20 - 2018-02-21
Miejsce: Sosnowiec
Technovation Forum
2018-03-14 - 2018-03-15
Miejsce: Bydgoszcz
AUTOMATICON Międzynarodowe Targi Automatyki i Pomiarów
2018-03-20 - 2018-03-23
Miejsce: Warszawa
PRZEMYSŁ 4.0
2018-04-10 - 2018-04-10
Miejsce: Warszawa
Hannover Messe
2018-04-23 - 2018-04-27
Miejsce: Niemcy

Katalog

Turck sp. z o.o.
Turck sp. z o.o.
Wrocławska 115
45-836 Opole
tel. 77 443 48 00

zobacz wszystkie




SONDA


tak
nie
nie wiem


Wydania specjalne


Profesjonalne Tłumaczenia Techniczne
O wydawnictwie   |   Reklama   |   Mapa strony   |   Kontakt   |   Darmowa prenumerata   |   RSS   |   Partnerzy   |   
Copyright © 2003-2018 Trade Media International
zobacz nasze pozostałe strony
Trade Media International Inżynieria & Utrzymanie Ruchu Control Engineering Polska MSI Polska Inteligentny Budynek Design News Polska Almanach Produkcji w Polsce