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著者

ダニエル·J. Carnovale, P.E. DanielJCarnovale@eaton.com イートン | カトラー - ハンマー ムーンタウンシップ, PA

トーマス·J. Dionise, P.E. ThomasJDionise@eaton.com イートン | カトラー - ハンマー Warrendaleの, PA

トーマス·M. 開花, P.E. ThomasMBlooming@eaton.com イートン | カトラー - ハンマー ミネアポリス, ミネソタ州

はじめに

本稿では、読者が、電力系統の高調波の基本的な知識を持っていることを前提としています. 簡単な復習として - 一般的な許容の説明は、高調波電流が流れたり、「ソース」している負荷から、電圧の歪みを作成することです。 (または高調波電圧) それらは、ケーブルのような上流の電力系統のインピーダンス成分を通過する, トランスフォーマー, および発電機. 一般に, 遠く離れた高調波電流の発生源から (i.e. 負荷), お分かりの少ない電圧歪み. 確かに例外が存在し、高調波電圧は、一部の機器で「生産」されてもよい (いくつかの発電機, 例えば) 商用および産業用の電力システムにおける典型的な高調波生成の負荷を扱うときには、この論文の一般的な議論は、標準的な考慮事項を扱う.

多くの場合、電力品質の主題が生じた場合, 人々は、自動的に被写体が高調波に関連していると仮定し. これら2つの用語は交換されていると、残念ながら多くの混乱は、結果として発生した. 高調波の主題は、電力品質のサブセットである (PQ). 他の電力品質に関する考慮事項は、電圧変動を含む (ケース, 中断, ちらつき, 等), トランジェント (サージ, 稲妻, スイッチングイベント), およびアース - 独自に重要な対象である全てが. 故に, すべてのPQ問題は、高調波とは関係ありません.

高調波の問題につきまして, 一番下の行はisthis: 彼らは問題でない限り、高調波が問題ではない. すべての電力品質の問題と同様に、, 問題は費用でない限り、あなたが何かのPQ問題と考えるべきではありません (ユーティリティ罰則の観点から, 金銭的損失, 生産ロスや誤操作).

ご使用のシステムに流れる高調​​波電流を持っていて、電圧歪みを測定しているという理由だけで, あなたは必ずしも問題を持っていない. 非常に多くの場合, レベルはIEEE標準を超えているため、高調波の問題が提起されている 519-1992 どこかで、電力系統内の推奨制限値.

実際は、ほとんどの機器が同様にこれら保守的なお勧めの限界を超える高調波歪みレベルに耐えることができている. 高調波は興味深く、問題となる可能性があるが、多くの場合は本当の証拠に関する問題のために非難される. 高調波とどのように電力システムおよび機器が実際に影響を受けるについて学ぶために時間がかかるし、あなた自身に多くの問題を保存し、確かに多くのお金よ!

あなたが実際に高調波に関連した電力品質の問題を持っていることを特定したら, このことを考慮して - あなたの問題を解決するには、少なくとも10の方法があります. あなたのための右のどの一つであり、最もコスト効果の高いソリューションとなり、1は明らかに、発生している問題を緩和れる? 経済議論 (少なくともあるソリューションが選んだ “ベスト”) 非常に詳細な分析が必要であり、本論文では、その決定を行う際に支援するためのガイドラインを提供します. 加えて, 高調波のソリューションを選択すると、常にすべての場合の経済的意思決定ではありません. 価格と性能は間違いなく相互に関連し、両方のための考慮事項は、明らかに「最適な」ソリューションを選択する必要があるしている.

高調波源

高調波はどこから来るのか? ハーモニック生産負荷の一般的なカテゴリ (また、非線形負荷と呼ばれる) です:

• パワーエレクトロニクス機器 (ドライブ, 整流器, コンピュータ, 等)
• アーク放電デバイス (溶接機, アーク炉, 蛍光灯, 等)
• 鉄の飽和デバイス (トランスフォーマー)
• 回転機 (発電機)

今日は, 最も普及していると成長高調波源である:

• 可変周波数ドライブ (AFD)
• スイッチモード電源 (コンピュータ)
• 蛍光ライトニング

高調波の症状

あなたが問題を持っているかを知っていますか? 知るonlywayは、高調波の症状を同定することである. 非常に多くの場合, あなたは高調波の特定の症状を認識した場合, 問題は、すでに電源システム上の問題を作成しました. トリックは「潜在的な」症状を認識し、それらが発生する前に潜在的な高調波の問題を識別したり、システムの設計に修正を実装することです. 時々、モデル化し、簡単な計算は、彼らが問題になる前に問題を特定するのに役立ちます.

高調波の問題の症状は、4つの主要な領域に分けることができる: 機器の故障や誤動作, 経済的考慮, 力率補正キャパシタやその他の問題の適用. 次の症状がある 機器の故障や操作ミスの例 電源システム上の高調波に関連した.

• 電圧ノッチ
• 不安定な電子機器の操作
• コンピュータおよび/またはPLCロックアップ
• 過熱 (モーター, ケーブル, トランスフォーマー, 中性)
• モーターの振動
• 変圧器や回転機での可聴ノイズ
• 迷惑回路ブレーカの動作
• 電圧レギュレータの誤動作
• 発電機レギュレータの誤動作
• タイミングやデジタル時計の誤差
• 電気火災

次の高調波に関して評価されるべき経済的な考慮である.

• 損失/非効率 (モーター)
• ケーブルと変圧器kWの損失
• 低総合力率
• 発電機サイジングの考慮事項
• UPSのサイジングを考慮
• 容量の問題 (トランスフォーマー, ケーブル)
• ユーティリティは、罰則を課し

力率補正キャパシタを適用すること 高調波に関して特別な配慮を必要とする.

• コンデンサの故障
• ヒューズまたはブレーカ (摂食·コンデンサ) 有害なトリップ
• 計算されたかを測定し、高調波共振条件 (直列又は並列共振)

他の重要な問題 通常、高調波に関して提起されている. 興味深いことに, これらの問題は、多くの場合、高調波の理解不足によって作成された実際の問題ではなく、誇大広告ではありません. 多くの「高調波の問題は「仕様上の問題ではなく、現実の問題である.

• 測光 - あなたが本当に問題を抱えている場合、またはあなたがちょうどあなたに波形を表示することができ、新しいメーターをインストールし、それはあなたが問題を抱えている必要があります "のように見える」でした?
• 誇大広告は、製品の仕様に基づいて - あなたも、問題があるか、誰かが問題が存在することを信じるようにあなたを怖がらせるでないので、彼らの製品を購入する?
• Specmanship - 「あなたは、IEEE-519に従わなければならない···」. IEEE519はお勧めですが、 (キーワードが「推奨」されていることに注意してください), いくつかの考えは、標準の実用的な側面を考慮しなければならない. 加えて, 電力システム内の他の場所でIEEE519制限を適用すること (ポイント·オブ·コモン·カップリング以外の, またはPCC) 通常、やり過ぎ、しばしば高価な、または問題となる.

これらの症状や問題の各々は、それ自身の技術論文で論じますが、これらの症状の「コスト」の大きさはソリューションの複雑さとコストを一般的に比例することを言えば十分可能.

IEEE規格 519-1992

IEEE規格 519-1992 です。 「IEEEは、電力システムにおける実践と高調波制御するための要件を推奨」. 多くの人々は、高調波が彼らの電源システム上の問題を引き起こすかどうかを判断を助けるために電圧と電流の歪み制限テーブルを使用する (またはそれらのクライアントの電源システムは、それらがコンサルタントである場合). この規格は、真剣に誤用し、年間で誤って引用されています. 何度も経済的なソリューションは、標準の誤用にし、エンドユーザーに多大なコストでベースの「選択された」される.

IEEE勧告を超えるサンプルの仕様

次のサンプル仕様から文言です. 注意: これはお勧めではなく、IEEEの誤った解釈のサンプルではありません 519 ドライブからのインストールの標準.

IEEE規格の最新版で定義されたすべての、または全負荷で動作する任意の可変周波数ドライブ駆動のモータ負荷の組み合わせの動作に起因する高調波歪みの値が制限されなければならない 519.

このステートメントはOKですが、, 規格による, 唯一のPCCに適用されます (ポイント·オブ·コモン·カップ) ここで定義されていないように - ユーティリティを使用して、. これは、PCCの場所のより広範な議論が表示されます (PCCで、次のセクションを参照してください). 興味深いことに, でも、ヘッダーとして、この文を使用して (同じ仕様の), 文 1, 3 と 4 以下のIEEEと矛盾 519 提言.

1. 最大許容全高調波電圧歪み (THD): 3% 基本波の
2. 最大許容個々の周波数の高調波電圧歪み: 3% 基本波の
3. 最大許容個々の周波数と全高調波電流需要の歪み (TDD): 5% 基本波の
4. 高調波歪みレベルは、一つのユニットを供給する配電バスまたは可変周波数ドライブのグループに固有でなければならない
5. これらの値に高調波レベルを制限するための任意およびすべての是正機器のコストは、製造者の責任となります。.

この仕様はかなりよく、任意の所望のレベルは以下のいずれかの電力システムの高調波を最小限に抑えることができますしながら、, それが標準で出す勧告を超えて明らかに. それは結局のところ、, 指定エンジニアは、彼らが発生する前に潜在的な問題をカバーしますが、大幅に仕事のコストを増加させる. より実用的なアプローチが推奨されます. そうは言っても, 事後矯正機器のコストは、一般的に高いので、必要な制限を考慮しなければならないし、実用的なソリューションを実装しながら、いくつかの譲歩は、IEEEの要件を満たすの両方を参照すべきである.

電圧または電流高調波?

IEEEに関連した別の文 519 それは多くの場合、かなりの論争は以下の通りです原因:

選択した会社は以下にメインサービストランスの2次側の全高調波歪みを減少させる救済策を設計し、実装することである 5%.

この場合の質問です - 電圧または電流高調波? 標準の主な関心事は、電圧歪みである. ISC / ILが低いいくつかの場合に (i.e. ローディングは、システム容量の割合が高いです), 電流歪み限界がある 5% (単に電圧歪みを最小化するために). IEEE 519 標準は明らかに高調波電流が電圧の歪みを最小限にするために低減されるべきであると述べている. 高調波電流は、システム上の負荷を最小限にするために低減されるべきである それでも、最大許容 (20%) 歪みは総二乗平均平方根が増加します (RMS) 約による現在 2%.

共通結合点 (PCC)

標準で, PCCは、他のユーティリティの顧客は提供することができる場所であり、必ずしもメインサービストランスの二次ではなく、確かに下流分電盤ではありません, クライアントセンター, フィーダまたはロード. ユーティリティ契約でその時々注意してください, PCCは、明示的にIEEEで定義された以外の場所で定義することができる 519, このようなメータリングポイントとして.

また, 機器メーカーを警戒する, 単一の負荷は、IEEE-519電圧と電流の勧告を遵守しなければならないと主張して請負業者や技術者. これは、標準の意図はなかった.

高調波ソリューション

以下は、高調波電流を低減し、電力系統に高調波電圧歪みを最小化するための市販の製品または製品の組み合わせである高調波解である. 高調波溶液は三つの主要なカテゴリーに分けられる: 駆動整流ソリューション (産業施設の典型的な), 商業施設や力率を補正する高調波用液剤.

ドライブおよび整流器ソリューション

以下の溶液は、ドライブまたは三相整流器のためのもの (大型のUPS, 例えば) 高調波電流のかなりの量が生成されたアプリケーション.

ラインリアクタ

ラインリアクタ (チョーク) ドライブのライン側3相の直列インダクタンスである. ラインリアクタは、すべてのAFDSに適用された場合, それがどこまでのIEEEガイドラインを満たすことが可能である 15% へ 40% システム負荷のAFDSです, 線の剛性およびラインリアクタンスの値に応じて. ラインリアクタは、パーセントインピーダンスの種々の値で提供されてい, 最も典型的には 1-1.5%, 3%, と 5%.

IEEEは、図519Aの線反応器を使用する利点の一例を示している 2. テーブル 1 様々なサイズのラインリアクタとのドライブの標準電流歪みをまとめたものである.

テーブル 1 - ラインリアクタVS. 期待ハーモニクス

メリット

•低コスト
•電圧の緩やかな低減と電流高調波を提供できます
•パーセントインピーダンスの様々な値のものが入手可能
•ライン·トランジェントから、AFDとその半導体の増加入力保護を提供します

デメリット

•別々のマウントや大きなAFDエンクロージャが必要になる場合があります
•IEEE519未満までの高調波のレベルを低下させないことがある 1992 ガイドライン

K-ファクターとドライブアイソレーショントランス

アンダーライターズ·ラボラトリーズ (UL) トランスメーカーは評価法を確立, KFactor, 乾式変圧器は、高調波環境でデューティに対する適性を評価するために. K-ファクターは、変圧器の定格温度上昇限界を超えることなく、非線形負荷の様々な程度を供給するための変圧器能力に関し. IEEE規格C57.110-1986の簡便法で指定されているK-ファクターを予測損失に基づいています, IEEEは非正弦波負荷電流を供給する場合変圧機能を確立するための練習を推奨 (ANSI). 過熱に関連する制限因子は再び巻線における渦電流損失であると仮定される.

K-ファクター定格変圧器は、高調波電流の大きさを軽減する手段を提供しない (彼らはラインリアクタンスを提供することを除いては - ラインリアクタを参照してください。). しかしKfactorメソッドは、エンジニアは、性能の損害や損失なしで高調波デューティに耐えることのできる乾式変圧器を選択することができます. 標準k-ファクター定格は 4, 9, 13, 20, 30, 40, と 50.

アイソレーショントランスは、彼らがラインリアクタのような行インピーダンスを提供し、負荷に流れるように「許可」された高調波電流の量を減らすが、それ以外のドライブから高調波を減少させないことにするKファクタートランス似ているドライブ. 一般に, 彼らは 1:1 比トランスと駆動によって作成され、12パルス分配システムを作成するために組み合わせて使用​​される高周波数から他の負荷を保護するために使用され.

メリット

•ソースリアクタンスを追加することにより、電圧と電流の高調波の穏やかな減少を提供することができます
•ニーズに応じてパーセントインピーダンスのさまざまな値を購入することはできます
•ライン·トランジェントから、AFDとその半導体の増加入力保護を提供します
•高調波キャンセルをラインリアクタやトランスと組み合わせて使用​​することができる.

デメリット

•単独でのK-ファクタートランスは高調波」と住んでいる "ための方法ですが、かなり安価な原子炉のソリューションに比べて高調波を低減しません.
•サイズにする必要があり (完全に定格) ドライブの各ドライブやグループに合わせて.
•通常負荷の多様性を利用することはできません.
•以下の高調波のレベルを低下させないことがある
IEEE519 1992 ガイドライン

DCチョーク

これは、単に直列インダクタンスである (原子炉) AFDの先端に半導体ブリッジ回路の直流側に. いろいろな意味で, DCチョークは、同等のAC側ライン反応器に匹敵する, しかし％全高調波歪み (THD) 幾分少ない. 直流チョークは主に5番目と7番目の高調波の大きな減少を提供しています. 高次高調波のライン反応器が優れている, IEEEのガイドラインを満たすという点で非常に, DCチョークやラインリアクタは似ています. もしDCチョーク (またはラインリアクタ) すべてのAFDSに適用されます, それがどこまでのIEEEガイドラインを満たすことが可能である 15% へ 40% システム負荷のAFDSです, ラインの剛性に応じて、, 非線形負荷の量とチョークインダクタンスの値.

メリット

•AFDに一体的にパッケージ化された
•電圧の緩やかな低減と電流高調波を提供できます
•同等のラインリアクタ以下の電圧降下

デメリット

•AFD入力半導体の他の方法よりも保護
•IEEE規格を以下に高調波のレベルを低下させないことがある 519-1992 ガイドライン
•DCチョークのインピーダンスは、一般的に、設計によって固定されている (選択可能なフィールドではありません)
•多くのAFDSのオプションとしてご利用いただけません.

12-パルスコンバータ

A 12 パルス変換器は、2つの別々のAFD入力半導体ブリッジを内蔵して, から供給されている 30 度相は同一のインピーダンスを有する電源をシフト. ソースは、2の絶縁変圧器である, 1は、デルタ/ワイ·デザインです (位相シフトを提供する) 及び第2のデルタ/デルタデザイン (シフト位相ない). また、デルタ原発とデルタとの「3巻」変圧器で、二次巻線をY字も. デルタ/ Y結線変圧器に等しいインピーダンスの線路反応器はまた、デルタ/デルタ変圧器の代わりに使用することができる.

12パルス構成は、特定の高調波を可能にする (主に第5回と7) 二の高調波をキャンセルする第1の変換器から. 最大約 85% 高調波電流および電圧の歪みの低減を達成することができる (標準の6パルス変換器の上). これはIEEE規格の下でAFD負荷の大きな割合を使用するように機能を許可 519-1992 許容用いたラインリアクトルまたはDCチョークよりガイドライン.

メリット

•合理的なコスト, 反応器またはチョークよりも有意ものの
•大幅な削減 (約まで. 85%) 電圧と電流の高調波
•ライン·トランジェントから、AFDとその半導体の増加入力保護を提供します

デメリット

•相のインピーダンス整合がソースシフト性能にとって重要である
•トランスフォーマーは、多くの場合、別々のマウント以上AFDエンクロージャを必要とする
•IEEE規格を以下に分布高調波のレベルを低下させないことがある 519-1992 ガイドライン

高調波問題を緩和するトランスやマルチパルス分配

これは、12パルス変換器に似ている, マクロスケールでの. 同等のHPと負荷の2 AFDSは、位相デルタ/ Y結線変圧器から1 AFDを供給することによってシフトされた場合, デルタ/デルタトランスまたは等価インピーダンスのラインリアクタを介して第を供給, 12パルスと同様の性能を達成することができる. 負荷がAFDからAFDに異なりますのでキャンセルが低下します, シングルAFDの負荷が減少するとあるが, 個々の歪みの寄与率が低下, 取り消しの必要性が少なく、その結果. AFDSの多数の機能が変圧器からの位相シフト分布の両半分を供給することが可能である, 最小限のコストで、高調波のレベルが大幅に減少をもたらす, およびIEEE規格の下でAFD負荷の高い割合を許可する 519-1992 ガイドライン.

複数の変圧器は、高調波電流の発生源との間に異なる位相シフトを開発するために使用することができる. 例えば, 二つの変圧器 60 のHzの位相シフト 30 それらの間の程度は第五の取り消しとなります , 7番目の , 17番目の , と19, 等. 高調波と似ているでしょう 12 パルス駆動システム.

だけシフト四変圧器 15 互いに対する度は24パルス分配になりますと、かなり共通バスの上流に生じた高調波を最小限に抑えることができます.

メリット

•コストは、実装に依存して低または高のいずれであってもよい
•大幅な削減を提供します (50-80%) 電圧と電流の高調波
•ライン·トランジェントから、AFDとその半導体の増加入力保護を提供します

デメリット

•コストは、実装に依存して低または高もあり
•相のインピーダンス整合がソースシフト性能にとって重要である
•最大キャンセルは、ドライブ負荷がバランスしている場合にのみ発生します
•トランスフォーマーは、個別の実装が必要になります
•IEEE規格を以下に高調波のレベルを低下させないことがある 519-1992 ガイドライン

調整された高調波フィルタ

調整された高調波フィルタは、リアクトルとコンデンサ素子の組み合わせからなる. 力率補正は、フィルタ設計に組み込むことができるが、フィルタはシステムレベルで適用される場合には注意が必要となるよう 60 Hzの静電容量補償は、軽負荷状態の間に有意にシステム電圧を増加させない. しばしば, 切り替え高調波フィルター (のステップで 50 左, 例えば) の量を調節するために使用することができる 60 動的に負荷を変化させることにより、必要なフィルタリングHzおよび.

これらのフィルタは、AFDのライン側に、または複数のドライブをロードするための共通バスにシャント配置で設置されている. 同調フィルタは、「調整」の周波数で短絡または非常に低インピーダンスである. ドライブのロード用, チューニングされたフィルターは、やや5次高調波の下に調整されています, 高調波歪みの最大の構成要素である. フィルタはまた、いくつかの第7高調波電流を吸収する. より高次の高調波に同調第7高調波フィルタ又は追加のフィルタを使用してもよい. より多くの注意が他の方法よりも、調整された高調波フィルタを適用して必要とされている. 手入れがシステムに高調波源のすべてのアカウントに取られていない場合は、フィルタは、オーバーロードすることができます. 追加のAFDまたは非線形負荷をフィルタリングせずに追加された場合, 以前にインストールしたフィルタが過負荷になることがあり (それらは、一般的に保護するために融合されている). 産業用アプリケーション, フィルタと組み合わせて使用​​されるオプションのラインリアクタは、これが発生する可能性を最小限にし、フィルター性能を高める (合計リアクタンスは、多くの場合、AFD /内部反応器とオプションの原子炉との間で分割される).

何度も, 力率補正は、高調波源を有する電力システムで必要とされる場合, 調整された高調波フィルタは、予測共振周波数を提供しながら、反応所要電力を供給するためのコンデンサの代わりに適用される.

メリット

•ラインリアクタとチョークよりもAFDシステム負荷の高い割合を許可する
•力率補正を提供します
単一のフィルタを•は、複数のドライブを補償することができる

デメリット

•コストが高い
•別々の実装·保護装置 (ブレーカー/ヒュー​​ズ) 必須
•IEEE規格を以下に高調波のレベルを低下させないことがある 519-1992 ガイドライン
•お手入れは、フィルタが過負荷にならないことを確実にするために、アプリケーションで必要とされる
•お手入れは、その過補償が電圧を発生しませんように、アプリケーションで必要とされる
かなり
•軽負荷状態の間で主要な電源の要因につながる可能性を

ブロードバンドブロッキングフィルタ

これらのフィルタは、同調フィルタに似ていますが、いくつかの主要な設計上の違いがあります. 同調フィルタは、高調波負荷に並列に接続されているように, 広帯域フィルタがAFDに直列に接続され、完全なAFD電流を搬送している. この違いは、AFDの入力電力部のための追加された保護を提供します. 広帯域フィルターは、チューニングを必要としない, システムの力率を改善し、すべての高調波周波数を最小, 3次高調波を含む. さらに, 彼らはシステム共振を避け、他の負荷からの高調波によって過負荷にされていません.

メリット

•ラインリアクタとチョークよりもAFDシステム負荷の高い割合ができます
•ライン·トランジェントから、AFDとその半導体の増加入力保護を提供します
•AFD入力電力部のための追加された保護を提供します
•システムの力率補正を提供します
•典型的なブロッキング·フィルタは、シミュレー 12/18 パルス駆動の高調波

デメリット

•高コスト
•別々の実装が必要に
•ドライブごとに1つのフィルタが必要です
•IEEE規格を以下に高調波のレベルを低下させないことがある 519-1992 ガイドライン
•は、軽負荷状態時の大手電力要因につながる可能性

18 パルス変換器 - 差動デルタ

この方法では、12パルスのコンバータに似ています, 代わりに、二相を用いての動力源と半導体ブリッジシフトが, 3つは使用されている. あるメーカーは、特別に巻か単巻変圧器を使用しています (差動デルタ) と 18 入力半導体. この構成を用いる場合, 以上 90% の高調波電流がキャンセルされる (の典型的な全高調波電流歪み 2-3%).

メリット

•実質的にIEEE規格への準拠を保証します 519-1992 - ドライブのための優れた >100 HP
•ライン·トランジェントから、AFDとその半導体の増加入力保護を提供します
•最大 4 の倍の高調波の低減 12 パルス方法
•12パルス変換器に用いられる絶縁変圧器よりも小型の変圧器

デメリット

•コストが高い (しかし、もっと良いパフォーマンス)
いくつかの他の方法より•大きく重い磁気

アクティブ·フィルタ

この方法は、他の負荷によって生成されたものをキャンセルするために、電力システムに等しく反対の高調波を注入するために、洗練された電子機器や電源部のIGBTを使用しています. これらのフィルタは、非線形負荷から求め非線形電流を監視する (このようなAFDSなど) そして電子的に一致して電流を生成し、負荷の高調波電流をキャンセル. アクティブ·フィルタは、本質的に非共振であり、簡単にシステム負荷に並列に接続されている. アクティブ高調波フィルタは、高調波を補償するために使用することができる, 高調波、力率、または単に力率のために. それらはまた、高調波共振を気にすることなく、既存の力率補正コンデンサを使用することができる.

パラレル (より一般的なタイプ) アクティブ高調波フィルタは、高調波負荷電流を補う.
パラレル (シャント) アクティブフィルタは高調波負荷電流をキャンセルすることで負荷による電圧歪みを補償. シリーズのアクティブ高調波フィルタは、信号源の高調波を補正 (電圧) しかし、高調波負荷電流を補正しないでください. シャントフィルタは、負荷の高調波からシステムを保護するように設計され、一方、直列フィルターは、一般に、信号源の高調波を損傷から負荷を保護するために使用され. シャントアクティブフィルタは、その最大能力までの高調波力率上昇を相殺し、それはオーバーロードできません.

 

メリット

•IEEE規格への準拠を保証します 519-1992 正しいサイズかどう
•シャントユニットがあっても、将来の高調波負荷が追加されるように、オーバーロードすることはできません
•2日から50次までの高調波のキャンセルを
•シャント接続された装置は、大きなシステムの手直しと簡単なインストールを提供しています
•反応性を提供 (がある) システムの力率を改善する電流
•いくつかのAFDSを補うために、MCCに設計することができ

デメリット

高いパフォーマンスおよび電力制御部への他の方法より典型的にはより高価•
•シリーズユニットは、全負荷のために大きさでなければなりません

商業施設のためのソリューション

3相に, 4-単相スイッチモード電源に電力を供給する電線電力系統 (コンピュータの電源を供給, 例えば) または蛍光灯, かなりの高調波 (すべての奇数次高調波, 一般に) 負荷によって引き出される非線形電流の結果として、相導体に流れる. 中性線上, 第三高調波電流 (および3次高調波の全ての奇数倍, 9番目の, 15番目の, 等. - またtriplens呼ば) 各段階から一緒に追加され、中性線をオーバーロードすることができます, 状況が解決されない場合は、分電盤、変圧器内の接続. ニュートラル電流が近づくことができる 175% 相導体電流の.

高調波を除去又は得られる高調波「一緒に暮らす」には、さまざまな方法があります。. 各ソリューションには、経済的および技術的な利点と欠点があります.

以下は、電源システム上の第三次高調波に関連する問題の典型的な、商業的に利用可能なソリューションである.

中立カットフィルター

中性のブロックフィルタは、中性線が直列に接続されているコンデンサとリアクトルの組み合わせである. これらのコンポーネントは、許可する3次高調波での「並列共振」である 60 ヘルツ (常用荷重) 電流が流れるが、第三高調波電流のための非常にハイインピーダンスになり、負荷がその周波数で、「ソース」、現在のないようにしてください.

からのすべての下流の負荷が配電変圧器ブロックにこのタイプのフィルタを適用すること
第三高調波を発生. これは、負荷電流を低減するという追加の利点を有している (RMS) すべての負荷の大幅トランスと負荷の間のトランスと導体の損失を減らすことができます.

 

メリット

•以上に中立的な電流を低減 80% (3次高調波電流が流れるのを防止することにより)
•下げますのRMS位相電流による 10-30%
•分だけ未使用可能な容量をリリース 30%
•すべてのシステム·ニュートラルからの第三高調波電流を削除, 変圧器からの出
エネルギー節約のためのベストの可能性•遠いアウトレット

デメリット

•高コスト
•変圧器の中性予想される最大負荷に対応できる大きさ
•負荷端子での電圧歪みを増加させることができる.

ジグザグトランスフォーマー (零相トラップ)

単相非線形負荷によって生成された第3高調波は、共有中立を通じて逆流. 変圧器は、過度の高調波電流を「ハンドル」するように設計されていない場合または上流中性回路がオーバーサイズではない場合, 高調波は前トランスに対処しなければならない. どちらの外部から印加されるジグザグトランス (また、「ゼロシーケンストラップ」と呼ばれる) 既存のデルタワイトランスまたはトランス自体に組み込ま (巻線構成はその後デルタジグザグになる, 一般的に), 3次高調波のための非常に低いインピーダンスを提供しています (そして第三の奇数倍) 電流.

ジグザグ変圧器の適用またはデルタ/ジグザグ配電変圧器だけで
第三高調波電流が流れ、電流はメインステップダウントランスを介して逆流することはできませんのための代替パスを提供. これは、変圧器の上流及び/又は他の並列負荷のための全体的な電圧歪みを減少させる, ある場合には, 下流. 任意のライン反応器は、時々、元のトランスと、新しいジグザグ変圧器との間の電流分割を減少させ、ジグザグ介して第3次高調波電流の大部分を強制的に適用される.

メリット

•既存のシステムに後付けしてもよいし、新たな建設に指定されていてもよい
重要な単相高調波電流が期待されている.
•または用途に応じて大幅にシステムコストを増加させないことができる場合が
とデザイン.

デメリット

•または用途に応じて大幅にシステムコストを増加させないことができる場合が
とデザイン.
•高調波が流れることを可能にするが、単に元に低インピーダンスのパスを提供します.
•零相インピーダンスを低減することによって利用可能な故障電流を増加させることがある.
•負荷の観点からソースインピーダンスを低減することにより高調波を増加させることがある.

特大ニュートラル, K-定格変圧器および/またはトランスディレーティング

中立的な回路では電流の大きさを理解することは、近づくことができる 175% 重要な3次高調波が存在している段階で、現在の, いくつかの方法がかなりの金額を費やすことなく増加し、現在の「一緒に暮らす」ために開発されている. これらの方法は、いずれかの電力系統の高調波成分の容量を増加させるか、高調波電流を収容するための成分を含む脱定格.

脱定格電力システム構成要素の一つの方法は、中性のサイズを2倍にすること
導体. これは、位相の二倍の大きさに中性線径を大きくすることを含む
「共有ニュートラル」が使用されている任意の回路の導体. これは分電盤や、オフィスビル内の個室のサブ回路に見られるような共有ニュートラル回路を含む, 例えば. 今日は, 多くのインストールでは、すべての回路が相導体、独自の中性線が含まれてい.

故に, 唯一の真の中立は、分電盤内のトランスにある「共有」. しかしながら, 既存施設のための, これは間違いなくそうではありません. K-定格変圧器については、このホワイトペーパーで説明したインピーダンスの典型的な値を維持しながら、過剰な高調波電流」と一緒に暮らす "ように設計されています (すなわち, これらは単純に特大の変圧器ではありません). 一般的に, 巻線と中立を標準変圧器と比較して有意に高い評価で、標準的な接続は、デルタ/ワイです. デルタ巻は「トラップ」triplen高調波と言われています (3RDのと3の倍数) しかし、巻線の両方のセットは、高調波電流に対応するために評価されている必要があり.

主スイッチモード電源負荷に供給するためのシステム, K13又はK20全体定格容量を利用するために必要とされ得る (キロボルトアンペア).

最後に, 変圧器は、主に、非線形負荷に供給され、変圧器は、K-定格変圧器ではないか、そうでなければ、高調波を処理するように設計されたトランスた場合, 変圧器は、図中のIEEEエメラルド予約勧告に従ってディレーティングする必要があります 14.

メリット

•一般, これらは、上の高調波電流を扱うの最も安価な方法である
システムと他の負荷が過大に扱うことができると仮定して、電力系統
電流および/または電圧歪み. ほとんどの変圧器は、典型的には、それらにロードされていないので
kVAの評価 (典型的な変圧器の負荷の範囲である 30-40%), ディレーティングであることが多い
最も合理的かつ最も安価なソリューション.

デメリット

•これらのソリューションはすべて、単に電源に過大な高調波電流」と一緒に暮らす」
システム. これらは、本質的に電流または電圧の歪みを減少させない.

矯正力率のための高調波ソリューション

しばしば, 高調波溶液は、力率補正コンデンサに置換されている. コンデンサは、一般に3つの理由のための電力システムに適用される:
•力率を改善
•特に変圧器やケーブルでの増加のシステム容量 (総キロボルトアンペアを減らすことによって)
•kWの効率を改善 - i.e. I2R損失の減少をもたらす全負荷電流を減少させる.

高調波は、コンデンサを使用し、電力システムに存在する場合には, 高調波共振は、電力システム内のコンデンサや他のコンポーネントに損傷を与えることができる. 加えて, 高調波は通常、無効電力のコンポーネントとして表示されます - すなわち. より多くの高調波=低力率

時々, あなたは、力率を改善しようとしている場合, その結果、高調波共振かもしれ (否定的な結果). 時々, あなたは、電力系統に流れる高調​​波を低減しようとする場合, 実際には、力率を改善することができる (肯定的な結果). ケアはコンデンサと高調波との間の複雑な関係を理解するために注意する必要があります [4].

高調波共振の回避

高調波共振を避けるためにまだ力率を補正する, 2つのオプションが利用できます:

1. 力率を補正するKVAR補償する別の方法を適用する. 基本を補償する他の高調波のソリューション (50 または 60 ヘルツ) 無効電流を含む; 高調波フィルタ, アクティブ·フィルタとシリーズブロードバンド·ドライブ·フィルタ. 加えて, ほとんどのドライブは、前端に、ダイオード整流回路を使用する今日、比較的高い力率を有するので、他の高調波軽減溶液を有する溶液をドライブ (原子炉, 18 パルス, 位相ずれ, 等) 力率を改善する傾向がある. 加えて, 同期コンデンサは力率補正を提供し、高調波共振を回避することができる.
2. 過補償またはアンダー補う必要とKVARのためとramifications.Careと一緒に暮らすためにコンデンサバンクのサイズは、このメソッドは、他の問題が発生しないように注意しなければならない変更 (過補償が行われた場合の問題をespeciallyovervoltage).

正しい選択は本当に、状況によって異なります. 高調波溶液は、力率ペナルティを緩和し、システム全体の高調波を低減することができれば, おそらくこれはあなたの最良の選択である. そうでなければ, 単純にコンデンサのサイズを変更すると、限り過補償によって生じる過電圧や補償の下に起因する電力factorTransformerペナルティが許容されるように、通常、最も安価なソリューションです。.

中電圧ソリューションに比べて、低電圧

力率を補正するためのコンデンサや高調波の溶液を適用するための重要な要因の1つは、溶液が低電圧で適用されるべきかどうかである (LV) または中電圧 (MV) レベル. 力率ペナルティが唯一の懸念である場合, 中電圧ソリューションは、通常、大規模銀行のほとんどの電子conomicalの選択をする (一般的に > 1500 キロボルトアンペア). 加えて, 高調波共振は、多くの場合、直コンデンサを適用することができることMVレベルの意味で回避することが容易である. しかしながら, 多段銀行, MVの切り替えは、したがって、大幅なコストと追加されます, MVの銀行は、通常、より大きなスイッチドまたは固定のステージを持っている.

システム容量を改善又はkWの効率を向上させることが重要な関心事である場合, その後のLVソリューションを適用することは常に最も経済的な選択です. 加えて, 小さいKVAR要件について, LVの銀行は、ほとんどの場合、最も経済的なソリューションです.

どのように、高調波保管しのお金を削減CAN?

問題は、物理的な機器の損傷や機器の誤動作が生じた場合の高調波問題を修正することは明白な方法でお金を節約することができます. 破損や誤動作に関連するコストは、ソリューションのコストよりも、より実質的であれば、これらの問題を軽減することはすぐに投資回収を表示. その他、時には微妙だが重要な問題は、電圧を歪ま電力システム全体に流れる高調​​波電流の結果として生じる. これらの問題は、主として以外の周波数で動作する電力系統設備の効率の低下に関連するコストに関し 50 または 60 彼らが設計されたヘルツ.

次の高調波を使用すると、それを実現することなくお金を要することができるいくつかの方法があります.

1. トランスフォーマー, モーター, 発電機, ケーブルおよびUPSシステムは、多くの場合、以上の高調波が存在するときに設計されており、デザイン上で、このことに関連するコストであるか、または重大なことができている.

次の例を考えてみましょう.

バックアップ発電機、負荷のキロワット又はkVAのためのサイズと高調波負荷に電力を供給している場合, 得られた電圧歪みは、同じ負荷が商用電源によって供給される場合よりも実質的に高くなる (変換). 図 15 ソースは、バックアップ発電機と比較ユーティリティのとき電圧歪みの違いを示してい. 発電機は、典型的にはかなり多くの歪みを引き起こし、変圧器の少なくとも3倍のインピーダンスを有することに注意してください. このため, 発電機は、多くの場合、負荷のキロワット当たりの発電コストが増加する電流歪みを「ハンドル」するのオーバーサイズです.

2. ケーブル内キロワット損失, 変換, あなたは、二乗平均平方根ことを考えると発電機とモーターは重要である (RMS) 電流は標準である 10-40% それはインクルードとされるよりも高調波の存在と高い 50 または 60 "仕事"をやっHzの電流. ダウンストリームロードの高調波電流を低減 (かなりの3次高調波負荷で回路上のブロッキングフィルタを使用して, 例えば) によってシステム損失を低減することができる 3-8%. 損失の減少に関連したコスト削減は、一般的に合理的な期間内に解決のために支払うことができます.

3. システム電圧は、有意な高調波負荷の結果として歪められなくなった場合, と "負のシーケンス」の電圧のかなりの量が存在している (5次高調波, 例えば), モータは、5次高調波電流が流れます. この電流は、モータが、そのために必要な作業を行うために克服しなければならないことモーターズの好ましい方向に反対の逆と脈動トルクを発生.

常にこの逆トルクを戦うことはモーターが熱く、非常に非効率的になり. 時期尚早のモーターの障害や大幅な損失が発生します. この場合, 電圧歪みを補正する必要があるが、それは問題があっても存在していることをすぐに明らかでないかもしれない.

4. 高調波電流の結果として、低力率は、ユーティリティからの力率ペナルティに貢献することができる. ユーティリティが使用する計算方法に応じて、, 総合力率 (高調波を含む) または変位力率 (基本的な電圧および電流のみ) 請求書上の力率に大きな差が生じることができる. 前に述べたように, かなりの高調波歪みは、多くの場合、低総合力率になり、その結果は、ユーティリティ課さ力率ペナルティ、今日または将来であってもよい.
VTHD = 2.3% VTHD = 5.8%
ユーティリティソースジェネレータソース

高調波ソリューションのシステムアプローチVERSUS単一の負荷

重ね高調波のソリューションを適用するという決定は、一般的に経済的な1であるだけでなく、解決策の有効性に大きく依存している. テーブル 2 様々な高調波解の「一般的な」有効性を示す. 各ソリューションのために生じた典型的なITHDが表示されます. 例えば, ラインリアクタは確かにはるかに安価アクティブ·フィルタよりもですが、通常のライン反応器は、わずか約現在の高調波を低減します 35% アクティブフィルタは、以下に電流歪みを軽減する一方 5% 高調波の問題が最も可能性を排除されることを確実にする.

図 16(A) と 16(B) システムアプローチに対して、単一のロードのための様々な高調波ソリューションのコストを実証. 図 16(C言語) ドライブのコストは様々なソリューションのコストに追加されたときことを示している, ソリューションのコストははるかに匹敵すると各ソリューションの有効性は、重要な判断基準となります.

要約

テーブル 2 と 3 このホワイトペーパーで説明高調波ソリューションを要約. テーブル 2 高調波補正装置のタイプおよび表を参照して、解決策を定義する 3 タイプをロードを参照して、解決方法を説明します. 表には、それぞれの技術の最も重要な利点と欠点を示している. 各ソリューションのための他の利点と欠点の詳細は​​本稿の本体に示されている.

LVまたはmVで高調波のソリューションを適用するため、その解決策は、個々の負荷に、または「システム」ソリューションとして適用されるべきかどうかの決定, 状況だけでなく、解決策の有効性の経済に依存している(の). 各ソリューションは、メリットが異なる状況を与えている. 適切なソリューションを選択すると、それがアプリケーションに最適な技術的·経済的なソリューションであることを保証するための技術の各タイプとの経験が必要.

参照

1. D. J. Carnovale, 「商用および工業用電力システムへの高調波のソリューションを適用する。」Globalcon, 2003, ボストン, マサチューセッツ州.
2. EEE標準 1100-1999 - 電源投入および接地電子機器用のIEEE推奨される方法 (エメラルド予約)
3. IEEE標準 519-1992 - IEEEの推奨プラクティスと調和するための要件
   電力システムでの制御
4. D. J. Carnovale, 「力率改善や高調波共振: 揮発ミックス,「EC&M
   雑誌, 6月, 2003.
5. T. キーとJ. その, 「コストや商業オフィスビル内のスイッチモード電源の高​​調波電流低減のメリット,「産業応用に関するIEEEトランザクション中, 飛行. 32, ノー 5, 9月/ 10月 1996.
6. J. K. ピールとD. J. Carnovale, 「商業施設での高調波低減手法の経済的、電気的利点。」EPRI PQA 2003, モンテレー, CA
7. IEEE P519A - ドラフト 7. 高調波ワーキンググループ - 「電源システムの高調波の制限を適用するための推奨プラクティスとガイド」,