THD Overload: Harmonikak nola hondar dute energia erresurtzaileak

Kontsumo-erreakzioa (THD) batasunetik gora doanek (adibidez, tensiorako THDv > 5%, korrontearako THDi > 10%), osoen energia kateko anitzeko egiturak organiko daturikoa da - Eraman → Banatzea → Sortzailea → Kontrola → Kontsumoa. Nukleo mekanismoak gehigarri galerei, resonantzioko korronte gainitsuari, momendu motorearen aldaketari eta lagin distorsioari dira lotuak. Egitura mota bakoitzeko daturikoen mekanismoak eta adierazpenak askotan aldatzen dira, hurrengo bezala azaltzen da:

1. Eramango Egituretan: Suhargintasuna, Zaharregitzea eta Espediena Murriztua

Eramango egiturek zuzenean korrontea/tentsioa eraman dute. Harmonikoak galere gehigarriak eta isolamendu murriztasuna sakondu dezake. Ertaintzeko osagai nagusiak eramango lerroak (kable/lerro goiak) eta korronte transformatorrek (CTs) dira.

1.1 Eramango Lerroak (Kable / Lerro Goiak)

• Daturikoen Mekanismoa: Harmoniko frekuentziak altuagoak "gordailu efektua" sakondu dezake (korronte altu-frekuentsiak kondutorearen gorputsean kontzentratzen dira, azalera efektiboa murriztuz), lerroaren erraztestasuna handituz. Gehigarri kobrezko galereak harmoniko ordenarekin karratuan gordegarriak dira (adibidez, 5. harmonikoaren kobrezko galera 25× da oinarrikoaren baino).

• Erdiunezko Daturikoen Adierazpenak:

• Suhargintasuna: THDi = 10% denean, kobrezko galereak 20%-30% gordegarriak dira balio ezarritako egoeretan. Kablearen tenperatura 70°C-tik 90°Cra igotzen da (isolamenduaren tolerantzian gaindituz), isolamenduaren zaharregitzea eta zirriborroa azeleratuz (adibidez, XLPE).

• Espediena Murriztua: Suhargintasun luzea kableen espediena murriztu dezake 30 urtetik 15–20 urteraino, "isolamendu kolapsurako" eta kurto-zirkuito akastunak sortzeko arriskua handituz. (Industriako parke batean bi 10kV kable suhargitu ziren urte batean 3. harmoniko handia delako, 800.000 RMB-etan kostatu zituen konponkatzea.)

1.2 Korronte Transformatorrek (CTs)

• Daturikoen Mekanismoa: Korronte harmonikoak (bereziki 3. eta 5.) CT hierroaren nukleorako "transient saturation" egin dezakete, histeresia eta eddy current galereak (gehigarri hierroko galereak) handituz. Saturation sekundarioaren irteera forma-onda distorsionatzen du, lehentasuneko korrontea zehazki adierazteko soilikusten duena.

• Erdiunezko Daturikoen Adierazpenak:

• Nukleo Suhargintasuna: CT nukleoaren tenperatura 120°Cra igotzen da, sekundarioaren birabiltze isolamendua suhargitu eta maila zehatzgabekotasuna sortuz.

• Babesaren Errorea: Distorsio sekundarioa babestu behar diren relaiak (adibidez, korronte gainitsuko babes) "lerro kurto-zirkuitua" faltsu detektatzen dute, tripan faltsuak sortuz. (Banatze sare batean 10 harategi tripatu ziren CT saturation delako, 20.000 etxean eragina izan zuen.)

2. Banatze Egituretan: Akats Arruntak, Sistemaren Estabilitatea Ezabatuta

Banatze egiturek garrantzitsuak dira "goi eta beheko" konektatzen dituzten sarean. THD batasunetik gora doanek zuzenean daturikoen gehienak sortzen ditu. Ertaintzeko egiture nagusiak indarraren transformatorrek, kapazitate bankuak eta reaktoreak dira.

2.1 Indarraren Transformatorrek (Banatze / Nagusien Transformatorrek)

• Daturikoen Mekanismoa: Tentsio harmonikoak hierroaren histeresia eta eddy current galereak handitzen ditu transformatorren nukleoan (gehigarri hierroko galereak); korronte harmonikoak birabiltze kobrezko galereak handitzen ditu. Guztira, galere totalak handitzen dira. Trifaseko harmoniko desegokiak neutral neurriak ere handitzen dituzte (faseko neurria 1.5×ra), suhargintasuna lokala okertuz.

• Erdiunezko Daturikoen Adierazpenak:

• Nukleo Suhargintasuna: THDv = 8% denean, transformator hierroko galereak 15%-20% gordegarriak dira. Nukleoaren tenperatura 100°Ctik 120°Cra igotzen da, isolamenduaren oliaren zaharregitzea azeleratuz (adibidez, 25# transformator oliak), asidotasuna handituz eta dielektrikotasuna murriztuz.

• Birabiltze Suhargintasuna: Suhargintasun luzea birabiltze isolamendu paperak (adibidez, Nomex) karbonatzen ditu, kurto-zirkuitoak sortuz. Subestazio baten 110kV nagusien transformatorak 3 urtean 5. harmoniko handia delako birabiltze laburdu zuen, konponkatze kostua 5 milioi RMBtik gora zen.

• Espediena Murriztua: THD handia transformatorren espediena murriztu dezake 20 urtetik 10–12 urteraino.

2.2 Paralelo Kapazitate Bankuak (Potentzia Reaktiboaren Konpentsazioa)

• Daturikoen Mekanismoa: Kapazitatearen reaktantzia frekuentziarekin (Xc = 1/(2πfC)) murrizten da, beraz, frekuentzi altuak harmonikoak korronte gainitsuak sortzen ditu. Kapazitateak sareko induktorekin "harmoniko resonantziak" osatzen badira (adibidez, 5. ordenako resonantzia), korrontea 3–5× balio ezarritik goratu dezake, kapazitatearen balioetatik askoz gorakorrean.

• Erdiunezko Daturikoen Adierazpenak:

• Isolamendu Kolapsua: Korronte gainitsuak barneko dielektrikoak (adibidez, polipropileno filmak) suhargitu eta zirriborroa, edo eskualdea sortzen ditu. (Industriako lanegin batean 7. harmoniko resonantziak delako hiru 10kV kapazitate banku suhargitu ziren hilabete batean, ordezkaritza kostua banku bakoitzeko 150.000 RMBtik gora zen.)

• Babesaren Errorea: Resonantziako korronteak fusoak suhargitu dezakete; babesak ekintza egin ez baldin badu, suhargintasun arriskua handitu egiten da.

2.3 Serieko Reaktoreak (Harmonikoak Sakontzeko)

• Daturikoen Mekanismoa: Baita ere sakontzeko harmoniko espetsifikoei (adibidez, 3. eta 5.) erabiltzen direnak, reaktoreak korronte harmoniko luzeengatik birabiltze kobrezko galere gehigarriak hartzen dituzte. Harmonikoetatik eratorritako pulsatzen duten magneko eremuak nukleoaren vibrazioa sakondu dezake, makina erosiak sortuz.

• Erdiunezko Daturikoen Adierazpenak:

• Birabiltze Suhargintasuna: THDi = 12% denean, reaktorearen kobrezko galereak 30% baino gehiago gordegarriak dira; birabiltzeen tenperatura 110°Cra igotzen da, isolamendu varnishak karbonatzen eta zirriborroa sortuz.

• Nukleoaren Zuhatzea & Erosia: Vibrazioaren maiztasuna harmonikoekin elkartzen da, zuhaitz handia sortzen du (>85 dB). Vibrazio luzea silicio acero laminak estaltzen ditu, permeabilitatea murriztuz eta harmonikoak sakontzeko efektibotasuna galduz.

3. Sortzaile Egituretan: Emaitza Murriztua, Segurtasun Arriskuak Goratuta

Sortzaile egiturek sarearen "energia iturria" dira. THD handia funtzionalitatearen estabilitatea negatiboki eragiten du. Ertaintzeko egiture nagusiak: sinkronizatutako generadoreak, berriztagarri inbertsortzaileak (PV/eoloia).

3.1 Sinkronizatutako Generadoreak (Termika/Hidraulika)

• Daturikoen Mekanismoa: Sareko harmonikoak iturbidera itzultzen dira, stator birabiltzean "harmoniko elektromagnetikoa" sortuz. Oinarrizko momentuarekin batera, "pulsatzen duten momentua" sortzen da, vibrazioa handituz. Harmoniko korronteak stator kobrezko galereak ere handitzen dituzte, suhargintasuna lokala okertuz.

• Erdiunezko Daturikoen Adierazpenak:

• Emaitza Murriztua: 300MW unitate batean THDv = 6% denean, pulsatzen duten momentuak ±0.5% abiadura aldaketak sortzen ditu, emaitza 280MWra behera murriztuz, efizientzia 5%-8% gutxiagoa da.

• Birabiltze Suhargintasuna: Stator tenperatura 130°Cra igotzen da (A klaseko isolamendu mugara 105°Cra gaindituz), isolamenduaren zaharregitzea azeleratuz eta birabiltze arteko kurto-zirkuito arriskua handituz.

• Doako