비 검사 특성 고조파 건강하지 못한 전력 시스템의 식별

1. 소개

때문에 비선형 부하의 다양한 응용 프로그램에, 고조파 오염은 전력 시스템의 주요 문제 중 하나이다. 큰 진전은 비선형 장치의 제조 업체에 의해 고조파 완화에 만들어진 있지만, 산업 설비 및 유틸리티 회사, 심각한 고조파 문제는 여전히 아픈 상태가 어느 전력 회사 또는 산업 시설에서 최종 사용자에 의한 일어날 특히 전력 시스템에 존재할 수있다.

가변 주파수 드라이브 (VFD를) 가장 널리 산업 시설에서 사용되는. IEEE 표준에 의해 정의 된 특성 고조파. 519-1992 VFD를 다양한 시스템 구성에 기초[1]. 이러한 아크 용광로와 같은 일부 특수 부하 제외[1] 및 시스템에조차 고조파 및 기타 비 특성 고조파를 생성 철도 견인 시스템, VFD를 가진 대부분의 산업 시설은 특성 고조파 및 IEEE 표준에 의해 제안도 및 트리플 린 (triplen) 고조파 한계에서 일반적입니다 비 고조파 특성의 몇 가지 작은 금액을 가지고. 519-1992. 따라서, 비 특성 고조파 다량 전원 시스템에 존재하는 경우, 그것은 일반적으로 시스템은 비정상이고, 그 해결이 문제의 근본 원인을 결정하기 위해 필요하다는 것을 나타낸다.

비 고조파 특성을 조사하고 있습니다[2-9]. 이것은 설명한다[2] 그 이외의 특성 고조파 불평형 전압 크기 또는 위상 비 대칭에 의해 발생합니다. 비 특성 고조파의 진폭이 증가하고 전압 비 대칭으로 증가.

두 가지 경우가 아닌 특성 고조파 많은 내용을 보여주는 두 개의 산업 시설이 논문에서 조사하는. 첫 번째 경우는 12MW 각에있는 두 개의 정류기와 설치 고조파 필터 세트와 함께 광산 전력 시스템을위한 것입니다. 광범위한 조사는 측정 및 컴퓨터 시뮬레이션 결과 모두에 따라이 시스템에 대해 실시. 두 번째 경우는 체류 VFD를 가진 유전 분배 시스템이다. 이 시스템에 대한 문제는 VFD를의 입력에서 전류 파형이 심각하게 왜곡되어 있다는 것입니다.

2. 특성 및 정류기의 Noncharacteristic 고조파

IEEE 표준. 519-1992[1] 이상적인 조건 브리지 정류기에서 발생하는 고조파 전류를 제안. "이상적"DC 전류가 더 리플이 없으며 DC 전류가 들어오는 위상의 전압이 위상에 보내는 전압을 초과 다른 인스턴트 한 위상에서 전송되고 있다는 가정에 기초[1]. 이상적인 조건의 고조파 전류 성분은 다음의 식에 의해 도출된다[1]:

어디에서,

H : 차수

K와 M : 임의의 양의 정수

큐 : 정류 회로의 펄스 수

나는_H: 순서 (H)의 고조파 전류의 진폭

나는₁ : 기본적인 전류의 진폭

10 펄스 정류기 또는 가변 주파수 드라이브 (VFD), 특성 고조파 전류는 5, 7, 11, 등. 예컨대 12 - 펄스 (18)와 펄스 완화 입력 고조파보기로 위상 승산 기법을 사용하여 VFD를 들면, 몇몇 고조파 전류가 취소 6 - 펄스 드라이브에 비해 수. IEEE 표준의 상태로 519-1992, 경우 M 여섯 펄스 정류기 섹션 [1]:

• 같은 변압기의 비율이
• 동일한 임피던스와 변압기를 가지고
• 위상은 서로 정확히 60 / m 정도 시프트
• 정확히 동일한 지연 각도 제어, 과
• 동일하게 직류 부하 전류를 공유하기

표 1. IEEE 표준에 따라 전압 고조파 왜곡 한계. 519-1992

표 2. IEEE 표준에 따라 전류 고조파 왜곡 한계. 519-1992

그런 드라이브의 입력에서 고조파 만 존재 KQ의 ± 정도의 것 1 수학 식에 나타낸 바와 같이 (1). 예를 들면, 두 정류기 단계 12 - 펄스 VFD 시스템의 특성 고조파는 30 °로 이동 11,13, 23, 25^일,... 낮은 특성 고조파가 20 °로 이동 세 정류기 상 18 펄스 VFD 시스템의 17^일. 에 언급 된만큼 이동 네 정류기 단계 24 - 펄스 VFD 시스템의[1] 두 개의 정류 섹션은 모든면에서 동일 없다. 따라서, 비 특성 고조파는 항상 위의 요구 사항을 실제로 충족되지 않을 정도에 존재한다.

IEEE 표준. 519-1992 추천 고조파 왜곡 제한을 제안 (테이블 1 과 2), 널리 다양한 산업에서 허용되는. 그것은 표에 명시되어 있습니다 2 짝수 고조파로 제한됩니다 25% 테이블의 홀수 고조파 한계[1].

10 펄스 정류기 또는 가변 주파수 드라이브 (VFD), 특성 고조파 전류는 5, 7, 11, 등. 예컨대 12 펄스로 위상 승산 기법을 사용하여 VFD를 들면

3. 경우 1: 심지어 고조파

심지어 고조파는 일반적으로 매우 소량으로 존재하는 정상 작동 조건 하에서 전력 시스템의 관심사가 아니요. 그러나, 도 고조파 많은 양의는 장비의 고장과 같은 일부 질병 조건에서 생성 될 수있다. 시스템이 더 조화 공명을 자극 할 수 고조파 필터가 포함 된 경우 상황은 증폭 될 수있다.

사례 연구 1 심각한에도 고조파 문제는 12MW 각에있는 두 개의 큰 6 - 펄스 정류기로 구성된 대형 광산 시설에서 일어난 주소. 시스템 구성은 그림에 표시됩니다. 1.

그림 1. 케이스를위한 시스템 구성 1.

큰도 고조파 전류 3 월에 시스템의 주요 로카 가격 변동에서 검출되었다 2004. 큰 3^회 고조파 전류 임대료도 발견되었다. 이러한 높은 고조파에도 심각한 문제를 야기하고 조사가 문제의 근본 원인을 찾기 위해 수행되었다.

인해 다량의 행 2, 3및 4harmonic 전류는 도면에 나타낸 바와 같이. 8 과 9, 도면에서 두 개의 정류기의 전류 파형. 6 과 7 6 - 펄스 정류기의 전형적인 전류 파형의 형태를 표시하지 않습니다. 비교를 위해 키 계측점에서 지배적 고조파 전류를 표에 나타내었다 3. 4 월에 두 정류기에서 측정 지배적 인 고조파 전류 2002 같은 테이블에 포함되어 있습니다.

표 3. 3월 고조파 전류 스펙트럼을 측정 2004 4 월 2002 시설의 주요 위치에.

표 3 나타냅니다 16.8% 과 34.3% 2기본의 백분율 차 고조파 전류는 정류기에 의해 생성 된 1 과 2 3월 2004, 각기. The 4^일 고조파 전류가 양에서 본 제 규모라도 고조파 아르 8.1% 과 6.9% 정류기에 대한 근본적인 1 과 2. 두 정류기는 큰 생성 3^회 양의 고조파 전류 4.8% 과 17.2% 기본의. The 3^회 고조파 전류는 케이스를 위해 다음 절에서 별도로 논의 될 것이다 1.

특징 및 비 특성 고조파 전류가 정류기의 상류 측을 흐르는 있었다. 그들은 처음 CB6 통해 갔다, 이 정류기의 메인 피더, 분배 시스템의 다른 부분에 thendistributed. 이러한 제 5 고조파 전류와 같은 일부 특성 고조파는 공통 버스에서 만난, "정류기 주요 버스", 그들의 대부분 인해이 변압기의 위상 시프 팅 취소되었다. 표에 나타낸 바와 같이 3, the 5^일 고조파 전류는 24.8% 정류기에서 1 과 17.1% 정류기에서 2, 대부분의 5^일 고조파 전류는 정류기 주요 버스에서 취소됩니다, 및 5^일 고조파 전류는 남아 1.8% CB6에서.

비 고조파 특성에 따라, the 2^ND 고조파 전류가 감소된다 12.2% 원래부터 CB6에서 기본의 16.8% 과 34.3%, 감소되는. 그러나, the 4^일 고조파 전류가 증가 26.9% 원래의 기본의 8.1% 과 6.9%. 유사하게, 증폭 4^일 현재 고조파, 15.4% 기본의, 또한 CB3에서 발견. 증폭의 원인 4^일 상류 전기 회로의 고조파 전류는 고조파와 공명 연구를 수행하여 조사 하였다.

공명 분석을 나타냅니다 때문에 고조파 필터의 두 그룹의 연결에, 생성 된 피크 임피던스 점에 위치 4^일 고조파 (24060Hz의 시스템에 대한 Hz에서). 정류기라도 고조파 전류의 상당한 양을 발생시기, 심각한 공명과 증폭이 일어나고 큰 결과 4^일 시스템에 흐르는 고조파 전류. 상기 시스템 주파수 응답 특성 10 kV의 "정류기 주요 버스는"그림에 표시됩니다. 10. 주파수 응답 특성 곡선에서 10 25MVA 변압기의 2 차에 연결 kV의 "메인 버스는"그림과 매우 유사하다 10.

그림 10 인해의 연결을 나타냅니다 5^일, 7^일, 11^일, 과 13^일 단일 조정 고조파 필터 몇 가지가 240 ㎐에있는 피크 임피던스 점, 360Hz에서, 480Hz에서 720H​​z가 만들어집니다. 60Hz의 시스템의 경우, 이러한 주파수에 해당 4^일, 6^일, 8^일 과 12^일 화성학. 피크 임피던스 점은 공명 점으로 알려져있다. The 4^일 과 6^일 표에 고조파 전류 3 크게 CB6에 증가, 이 고조파 resonance.The의 결과이다 8^일 과 12^일 표에 고조파 전류 3 정류기 지점에서 두 7MVA 변압기의 인덕턴스도 고조파 전류는 업스트림 시스템을 통해가는이 높은 순서의 일부를 차단하기 때문에 CB6에 명백한 증폭을 표시하지 않습니다.

4 월에 recti-fiers 중 하나에서 찍은 고조파 전류 스펙트럼 2002 정상 작동 조건 하에서 recti-fiers의 고조파 성분을 도시 (표 3). 그것은이 발견되는 2 등의 비 특성 고조파, 3회, 4일, 6번째는 등 그 당시 매우 작았.

분석은 두 개의 정류기가 아닌 특성 고조파 다량 생성 것을 나타낸다. 4에 Thenon-특성 고조파 전류, 6번째 고조파 주파수는 시스템에 의한 병렬 공진에 의해 증폭된다. 그 이유입니다 26.9% 4^일 고조파 전류는 t 발견 된 10 kV의 "정류기 주요 버스", CB6. 이것은 정류기에 오동작이 아닌 고조파 특성에 문제가 발생 가능성이 높다.

정류기의 후속 문제 해결 정류기에 고장이 문제가 발생하는지 확인. 고장이 수정되었습니다, 비 특성 고조파 전류의 다량 시스템에서 사라.

그림 10. 10KV "정류기 주요 버스"의 주파수 응답 특성.

4. 경우 1: 세 번째 고조파

많은 양의 3^회 고조파는 케이스에서 발견되었다 1 3 월에 정류기의 고장시 2004 (표 3). 최악의 경우 정류기에 있었다 2 과 17.2% 으로 3^회 현재 고조파. The 3^회 고조파 전류는 CB의 상류 회로에 등장 6 및 CB 3.

참조[8,9] 설명을 제공하는 유틸리티 전압 불균형의 조건, 이러한 제 3 및 제 9 고조파 전류로 트리플 린 (triplen) 고조파는 컨버터 또는 정류기에 나타날 수 있습니다. 두 가지 예는에 나와있다[9] 460V에서 30KVA VFD를 사용하여 다른 라인 전압 불평형 조건. The 3^회 기본의 백분율로 고조파 전류는 19.2% 과 83.7% 에 해당하는 0.3% 과 3.75% 라인 전압 불평형, 각기. 명백한 선 전압 불균형이 없다고 케이스, the 3^회 고조파 전류는 2.1% 같은 드라이브에 대한[9].

같은 원리에 근거, the 3^회 월에 광산 시설의 정류기에 표시 고조파 전류 2004 또한 라인 전압의 불균형에 의해 발생 된. CB의 세 가지 상간 전압 8 정류기 2 측정 하였다 6 하나의 측정 지점과 시간 월에 모든 분 17 2004. 라인 전압 불평형은 각 측정 지점에 대해 계산. 전압 불평형 계산 방법은에 제공된 식에 기초[4]. 에 따르면[4] 퍼센트의 전압 불균형은 국가 전기 제조 업체 협회에 의해 정의된다 (NO)

표준 출판 없음. MG 1-1993 다음과 같이:

상 전압에 반대 라인 전압이 NEMA 규격에서 사용된다는 것을 유의. 상 전압을 사용하는 경우, 위상 각의 불균​​형은 반영되지 않습니다 % 불균형 따라서 위상 전압은 거의 전압 불균형을 계산하는 데 사용되지[4].

동안 계산 된 라인 전압 불평형 6 시간 추세 측정은 그림에 표시됩니다. 11. 그림. 11 나타냅니다 정류기의 전압 불평형 2 사이의 측정 기간의 범위에 대해 0.4% 과 0.7% 대부분의 값 사이에 떨어지는 0.5% 과 0.6%. 계산 된 라인 전압 불평형 값은 이유를 설명 3^회 고조파 전류로 높은 17.2% 정류기에서 2.

그림 11. CB8에서 계산 된 라인 전압 불평형, 수정 2 측정 삼상 라인 대 라인에 따라 케이스를위한 전압 1.

5. 경우 2: Triplen의 고조파

경우 2 여러 가변 주파수 드라이브와 유전 분배 시스템에서 트리플 린 (triplen) 고조파 문제를 해결합니다 (VFD) 동작. VFD를의 입력에서 전류 파형은 심각하게 왜곡된다. 근본 원인 분석은이 문제에 대한 해결책을 찾기 위해 필요했다.

문제 해결을위한 첫 번째 단계로, 측정은 각각 VFD의 입력에서 찍은. VFD를 중 하나에 대해 측정 된 전류 파형도에 도시. 12. 기타의 VFD는 입력에서 유사한 전류 파형을. 그것은 두 개의 돌기가 전류 파형의 각 반 사이클 동안 동일한 크기에 있지 않은 것을 알 수있다.

그림 12. VFD의 입력에서 측정 된 전류 파형 1.

측정 된 전류 파형에 해당하는 고조파 전류 스펙트럼은 그림에 표시됩니다. 13. 이 전류 고조파 스펙트럼은 포함 23% 3^회 고조파 전류 및 13% 9^일 기본의 백분율로 고조파 전류. 다른 한편으로는, 도 고조파 내 작은 모든 수 있습니다 1.5%. 따라서, 전류 파형의 왜곡은 트리플 린 (triplen) 고조파로 인해 발생하는 경우에만.

그림 13. VFD의 입력에서의 고조파 전류 스펙트럼 1.

절과 유사 4, 480V 저전압 시스템을위한 선 전압 불균형은 VFD1 측정 셋 상간 전압을 사용하여 계산. 측정 동향 기간은 그 이상입니다 5 일. 측정 기간 동안 계산 된 라인 전압 불균형은 그림에 표시됩니다. 14. 이 그림은 라인 전압 불평형 값 사이의 범위 것을 보여줍니다 0.2% 과 0.9% 대부분의 값 사이에 떨어지는 0.3% 과 0.6%. 유틸리티 전원 공급 장치에서 같은 라인 전압의 불균형 트리플 린 (triplen) 고조파의 VFD의 입력에서 생성되며, 따라서 더 드라이브 입력에 심각한 전류 파형의 왜곡을 초래할.

따라서, 그 결론 지을 수있다 그 경우의 근본 원인 2 유틸리티 전원 공급 장치의 전압 불균형은.

그림 14. 측정 삼상 선간에 근거 VFD1의 입력에서 산출 선 전압 불균형은 케이스에 대한 전압 2.

6. 결론

도 및 트리플 린 (triplen) 고조파 등의 비 고조파 특성은이 논문에서 조사하는. 두 개의 사례 연구를 실시하고 있습니다.

경우 1 산업 시설의 장비의 고장으로 인한에서도 고조파 세대 특가. 심지어 고조파, 특히 4, 6 고조파 전류는 크게 인해 시스템에서 5 번째와 7 번째 싱글 조정 수동 고조파 필터의 존재로 공진에 의해 증폭된다. 경우 1 또한 보여주는 높은 대한 근본 원인 3^회 현재 고조파 (까지 17% 하나의 정류기에), 공급 라인 전압 불균형에 기인.

고조파 전류 % 기본의

경우 2 체류 VFD를 가진 유전 분배 시스템에서 심각한 전류 파형 왜곡 문제를 제시. 트리플 린 (triplen) 고조파 전류는 VFD를의 입력에서 찾을 수 있습니다, 그러나 심지어 고조파 전류는 정상으로 표시. 시스템의 모든 드라이브는 비슷한 상황을 보여. 한 VFD의 입력에서 계산 된 라인 전압의 불균형 사이의 범위 0.2% 과 0.9% 측정 된 세 가지 상간 전압을 기준으로. 이는 체결 그 경우의 근본 원인 2 유틸리티 전원 공급 장치에서 전원 전압의 불균형은.

이 연구에서 조사를 바탕으로, 비 특성 고조파의 상당한 양의 산업 시설에 나타날 때, 그것은 뭔가 시스템에 심각한 문제가 될 수 있음을 나타냅니다. 장비가 손상된 또는 인력 부상되기 전에 상세한 원인 분석 및 문제 해결은 문제의 근본 원인을 식별하고 해결하기 위해 수행되어야한다.