Harmoniczne i graniczne wartości THD dla dużych odbiorców
Harmoniczne i graniczne wartości THD dla dużych odbiorców
Duże instalacje przemysłowe — z przemiennikami częstotliwości (VFD) na silnikach pomp i wentylacji, zasilaczami LED do doświetlania oraz przekształtnikami instalacji CHP (kogeneracji) i PV — są istotnym źródłem zniekształceń harmonicznych. Netcode Elektriciteit ustanawia wiążące wymagania jakości napięcia w punkcie przyłączenia, na które te źródła mogą w praktyce oddziaływać.
Czym jest THD i dlaczego źródłem są VFD/zasilacze
THD (Total Harmonic Distortion) wyraża, w jakim stopniu kształt przebiegu napięcia odbiega od czystej sinusoidy, jako procent składowej podstawowej (50 Hz). Odbiorniki nieliniowe — w szczególności stopień prostowniczy/przełączający falownika VFD, zasilacza LED lub przekształtnika — pobierają prąd w krótkich impulsach zamiast płynnej sinusoidy, co powoduje prądy harmoniczne (a przez impedancję sieci — także zniekształcenia harmoniczne napięcia).
Graniczne wartości THD z Netcode Elektriciteit
Dla sieci niskiego i średniego napięcia (do 35 kV włącznie) Netcode Elektriciteit, zgodnie z NEN-EN 50160, stosuje następujące kryteria jakości napięcia w punkcie przyłączenia:
- THD ≤ 8% (wszystkie harmoniczne do 40. włącznie) przez 95% czasu.
- THD ≤ 12% (wszystkie harmoniczne do 40. włącznie) przez 99,9% czasu.
Te wartości graniczne dotyczą napięcia w samej sieci, a nie bezpośrednio indywidualnego poboru prądu przez pojedynczą maszynę — ale przyłącze dużego odbiorcy z wieloma falownikami VFD/zasilaczami może samo w istotnym stopniu przyczyniać się do przekroczenia tej granicy we własnym punkcie przyłączenia.
Uwaga: dokładnego numeru artykułu w tekście Netcode Elektriciteit, w którym określono te graniczne wartości THD, nie udało się wiarygodnie ustalić na podstawie jednego cytowalnego źródła z ogólnodostępnych materiałów — w przypadku konkretnego projektu należy sięgnąć do pełnego, aktualnego tekstu Netcode (Netbeheer Nederland) po dokładne odniesienie do artykułu.
Praktyczne konsekwencje przekroczenia
Systematyczne przekraczanie granicznej wartości THD na przyłączu dużego odbiorcy może prowadzić do interwencji operatora sieci lub do niezgodności umowy przyłączeniowej. Dla samej instalacji dochodzą praktyczne ryzyka: dodatkowe nagrzewanie się kabli i transformatorów, możliwy rezonans z bateriami kondensatorów (patrz przewodnik o korekcji współczynnika mocy — omówiono tam niuans VFD/THD) oraz zakłócenia pracy czułej elektroniki sterującej (na przykład komputera klimatycznego).
Środki ograniczające
- Aktywne lub pasywne filtry harmonicznych, dobrane do dominującego rzędu harmonicznych obecnego obciążenia.
- Prostowniki wielopulsowe (na przykład 12-pulsowe zamiast 6-pulsowych) przy większych mocach VFD, które z natury tłumią określone rzędy harmonicznych.
- Rozłożenie obciążenia nieliniowego na wiele faz/obwodów, aby zmniejszyć lokalne szczytowe obciążenie zniekształceniami.
Częste błędy
- Zastosowanie standardowej baterii kondensatorów do rozwiązania problemu THD — zwykła bateria kondensatorów kompensuje moc bierną, a nie zniekształcenia harmoniczne, i przez rezonans może wręcz pogorszyć istniejący problem THD.
- Traktowanie THD wyłącznie jako "problemu operatora sieci" — instalacja dużego odbiorcy z wieloma falownikami VFD/zasilaczami może sama w istotnym stopniu przyczyniać się do przekroczenia granicy we własnym punkcie przyłączenia.
- Dobór filtrów harmonicznych bez wcześniejszego zmierzenia dominującego rzędu harmonicznych — filtr niedostrojony do rzeczywistego rozkładu rzędów w instalacji jest mniej skuteczny i sam może prowadzić do problemów z rezonansem.
- Opieranie się na jednym stałym numerze artykułu Netcode bez sprawdzenia aktualnego tekstu — dokładne odniesienie do artykułu należy weryfikować dla każdego projektu względem pełnego, aktualnego tekstu Netcode.