Az energiarendszer harmonikusainak interferenciájának nyomon követése

Az áramellátás és a meghibásodások nem az egyetlen veszélyt jelentenek távközlési hálózatára. A felharmonikusok is problémákat okozhatnak. Így találja meg őket.

harmonikusaiból

Az áramellátás és a meghibásodások nem az egyetlen veszélyt jelentenek távközlési hálózatára. A felharmonikusok is problémákat okozhatnak. Így találja meg őket.

Dick Troberg, a Fluke Corp.

Most fejezte be az új csúcstechnológiájú irodaház kábelrendszerének telepítését. Az építési és tesztelési szakaszban a munka zökkenőmentesen zajlott. De most, egy hét üzemeltetés után az épületfelügyelő panaszkodik a bejövő kábelpárok többségének interferenciájáról. Ezután kezdődik az ujjal mutogatás, és beleegyezik, hogy megnézze. Mi okozhatja a problémát? Nyilvánvalóan nem volt ott, amikor befejezte az átvételi tesztet.

A modern kereskedelmi és ipari épületek általában számos különböző elektromos rendszert tartalmaznak. Ezek a rendszerek magukban foglalhatják az áramelosztást, a telefont, az energiagazdálkodás vezérlését, az audiót, az idő-óra szinkronizálást és a számítógépes hálózatokat. Ideális esetben ezek a rendszerek egymástól függetlenül, nem tervezett interakció nélkül működnek, de az elektromágnesesség törvényei, Murphy törvényével kombinálva, mást írhatnak elő.

A száloptika lényegében immunis az elektromágneses interferenciától, de a rézvezetőkkel felépített kábelezési rendszerek hajlamosak két elsődleges forrás interferenciájára: kóbor mágneses terek és földhurkok. Mindkét forrás kapcsolódik az áramelosztó rendszerhez és a hozzá tartozó berendezésekhez. A kábelezéssel foglalkozó szakemberek számára az áramelosztó rendszerek megfelelő ismerete jelentős időt takarít meg a rézvezetők interferencia-problémáinak elhárításakor.

A ma ismert áramelosztó rendszer az elmúlt 100 évben az Országos Elektromos Kódex (NEC) irányításával alakult ki. Az NEC elsősorban a tűzmegelőzéssel és az áramütés biztonságával foglalkozik; csak közvetve kapcsolódik a felhasználói kényelemhez és a rendszer hatékonyságához.

Az energiaellátó rendszer harmonikusai

Az elmúlt években az energiaellátó rendszer működése drámai változáson ment keresztül, amelyet két tényező vezetett: az energia-megtakarítás iránti növekvő igény és az alacsony költségű elektromos félvezetők megjelenése. Ezeknek az erőknek a kombinációja nagyszámú nemlineáris terhelés kapcsolódik az energiaellátó rendszerhez. Ezek a terhelések torz áramokat generálnak, amelyek a normálnál magasabb frekvenciákat tartalmaznak, amelyeket harmonikusoknak nevezünk. Ezek a harmonikus áramok viszont kóbor mágneses tereket és földhurokokat generálnak - amire nem vágyunk kábelezési rendszerünk közelében.

Ha sikeresen meg akarja oldani az energiarendszer harmonikusainak interferenciáját, meg kell értenie néhány alapot, beleértve azt is, hogy miként keletkeznek a harmonikusok és hogyan áramlanak az energiarendszer körül. Ezután szisztematikus megközelítésre lesz szüksége az interferencia forrásának megtalálásához. És végül néhány ötlet a lehetséges megoldásokra hasznos lesz.

A harmonikus áramokat egy nemlineáris terhelésen belüli fellépés képezi. Egy tipikus nemlineáris terhelésnek olyan félvezetői lesznek, amelyek hirtelen be- vagy kikapcsolják az áramot a hálózati feszültség minden ciklusán belül. A kapcsolási művelet szokásos célja a váltakozó áramú (AC) teljesítmény átalakítása változó mennyiségű egyenáramú (DC) teljesítményre, amelyet a terhelés igényel. Ilyen például a személyi számítógép egyenáramú tápellátása vagy az állítható fordulatszámú motorhajtás bemenete. További példák lehetnek az izzólámpa fényerő-szabályozója vagy a szilárdtest-fűtés vezérlése. Ezekben az esetekben a kapcsolást a terhelést elérő váltakozó áram szabályozására használják.

Mindkét esetben a kapcsolás magasabb frekvenciákat generál az AC vonal áramán belül. Amit most tudni szeretne, melyik frekvenciák? A matematika és a fizika szabályai előírják, hogy az áramvezeték-frekvencia harmonikusai az alapfrekvencia egész számának a többszörösei lesznek - az Egyesült Államokban és Kanadában 60 hertz. A szabályok azt is kimondják, hogy az áramvezeték áramának harmonikusai csak a 60 Hz-es páratlan szorzók lesznek, feltéve, hogy a terhelés normálisan működik.

Habár a 88. oldalon található táblázat felsorolja az energiarendszer harmonikusait egészen a 13-ig, a gyakorlatban az 50-ig (3 kilohertzig) terjedő harmonikusok lehetnek jelen egy villamosenergia-rendszerben. Nem valószínű azonban, hogy 3 kHz feletti frekvenciák jelen legyenek az energiarendszer áramában.

A táblázat olyan információkat is tartalmaz, amelyek segítenek a hibaelhárításban. Először jelzi, hogy mely frekvenciák vannak jelen, ha az interferencia forrása a teljesítmény harmonikusai. Másodszor, megadja az egyes harmonikus frekvenciáknak megfelelő szekvenciát. A szekvenciák három kategóriába sorolhatók: pozitív, negatív és nulla. Háromfázisú villamosenergia-rendszerben a sorrend határozza meg, hogy melyik vezető melyik harmonikus halmazot hordozza.

A hibaelhárításhoz mindig hasznos tudni, hogy mely nemlineáris elektromos terhelések milyen harmonikusokat hoznak létre. Ennek lebontása érdekében a közös terheléseket két csoportba sorolhatja aszerint, hogy miként kapcsolódnak az elektromos vezetékhez. Az első csoport egyfázisú, és magában foglalja az edények és a világítás terhelését. A második csoport háromfázisú terhelésekből áll, mint például nagy nagyszámítógépek vagy állítható sebességű motoros hajtások.

Megjegyezzük, hogy a nemlineáris egyfázisú terhelések többnyire 3., a nemlineáris háromfázisú terhelések túlnyomórészt 5. és 7. harmonikusokat generálnak.

A tipikus kereskedelmi épület egyszerűsített vázlatának a 86. oldalon bemutatott elemzése segít azonosítani az egyes felharmonikusok várható útját. A harmonikus áramlás szabályai a következők:

- A fázisvezetők átviszik a terhelés által generált összes harmonikát.

- Kiegyensúlyozott háromfázisú, 4 vezetékes rendszerben a pozitív és a negatív szekvencia harmonikusai megszűnnek a semleges vezetőben. A nulla szekvencia harmonikusai azonban algebrailag hozzáadódnak a semlegeshez.

- Nulla szekvenciájú harmonikusok csapdába esnek az első delta-kapcsolású transzformátor tekercsben, jellemzően a transzformátor táplálási tartályának elsődleges részében.

Ezekkel az információkkal felvázolhatja az energiaellátó rendszer harmonikusaiból származó interferencia felderítésének hibaelhárítási folyamatát.

- Először használjon hordozható oszcilloszkópot az interferencia gyakoriságának mérésére.

- Ezután tegyen egy gyalogos túrát a létesítményben, hogy meghatározza a lehetséges interferenciaforrások helyét, valamint a kábelvezetések helyét, amelyek lehetnek a forrás vagy a forrást tápláló vezetők és transzformátorok közelében.

- Ha az interferencia frekvenciája nulla szekvenciájú harmonikusnak felel meg, akkor gondosan nézze meg a nulla vezetők közelében lévő kábelt; például az elektromos pólusokon levő felső telefonpárok.

- Ha megállapítja, hogy az interferenciát valószínűleg földi hurok okozza, gondosan keresse meg az alpanelekben az illegális semleges és a föld közötti kötéseket.

Ne feledje, hogy a Nemzeti Elektromos Szabályzat előírja, hogy a nulla és a földvezetékeket csak az üzemi bejáratnál vagy egy leválasztó transzformátor másodlagos részénél kell összekötni. (Ezt technikailag külön levezetett rendszernek nevezik.) Q

Dick Troberg a Fluke Corp. szervizeszköz-osztályának vezető termékspecialistája, Everett, WA.

Kattintson ide a kép nagyításához

Az egyfázisú terhelés tipikus áramhullám-alakja és harmonikus spektruma ezen a Fluke 41 Power Harmonic Analyzer kimeneten látható. A kimenet hasonló az ujjlenyomatokhoz, és felhasználható a harmonikus interferencia lehetséges forrásainak azonosítására. Például a nemlineáris egyfázisú terhelések többnyire harmadik harmonikusokat generálnak.

Kattintson ide a kép nagyításához

A 3 fázisú terhelés tipikus áramhullám-alakja és spektruma, amely a Fluke 41 teljesítményharmonikus analizátor kimeneteként jelenik meg, többnyire az 5. és a 7. harmonikusból áll.

Kattintson ide a kép nagyításához

Az áramelosztó rendszer ezen egyszerűsített vázlata mutatja a nem lineáris terhelésekből származó harmonikus áramok áramlását. Vegye figyelembe a sematikus két földjelet. Ha a nulla és a föld bármely más helyen össze van kötve, akkor a nulla áram egy része a földvezetőben áramlik, ami nem kívánt földhurkot okoz.