配电工程11

1配電工程（十一）電力品質－諧波改善KurKoulu/17.3.00/ALe22.諧波是什麼?1.功因改善與電容器3.諧波與電容器的關係?4.如何避免諧波影響?5.如何消除諧波?內容KurKoulu/17.3.00/ALe3QC=?M1000KwPF=0.8TargetPF=0.95PQSθ應用公式1)P=S×cosθ(kw)2)Q=S×Sinθ(kvar)3)S=√P2+Q2(kva)功率因數改善KurKoulu/17.3.00/ALe4改善前改善後P=1000kwcosθ1=0.8S1=1000/0.8=1250kvaQ1=1250×Sin(cosθ1)=750kvar-1P=1000kwcosθ2=0.95S2=1000/0.95=1052kvaQ2=1052×Sin(cosθ2)=328kvar-1∴Qc=Q1－Q2=750－328=422kvarPQ1Sθ1θ2Q2QC功率因數改善1.變壓器容量需求降低2.原變壓器有裕度供給其他負載使用KurKoulu/17.3.00/ALe5無功電流有功電流LOADKurKoulu/17.3.00/ALe6無功電流有功電流LOADKurKoulu/17.3.00/ALe72.降低系統網路運轉電流1.提高系統網路功率因數3.降低導線及變壓器損失4.增加變壓器使用裕度5.提高系統網路電壓裝設電容器的優點KurKoulu/17.3.00/ALe8•突入電流(Inrushcurrent)•諧波電流–過電流–串聯共振–並聯共振•額定電壓–Detunedfilter–Harmonicfilter裝設電容器注意事項KurKoulu/17.3.00/ALe9A.第一段電容器投入U=系統電壓(rms)LO=系統電抗L1,L2…Ln=引線電抗C1,C2..Cn=段數電容器IPK=突入電流C1L1L0OOPKLCULLCUI3232突入電流KurKoulu/17.3.00/ALe10C1L1C2L2L0)(132212121LLCCCCUIPKU=系統電壓(rms)LO=系統電抗L1,L2…Ln=引線電抗C1,C2…Cn=段數電容器IPK=突入電流突入電流B.第二段電容器投入KurKoulu/17.3.00/ALe11Iin:突入電流Ic:每段電容器之額定電流Iin≦100×Ic(IEC60831&60871)突入電流KurKoulu/17.3.00/ALe122.諧波是什麼?--諧波的定義?--什麼負荷會產生諧波?-諧波的階次?-諧波的量?-諧波的方向?--諧波的影響KurKoulu/17.3.00/ALe13電力系統中除基本波(50/60Hz)外，任一週期性之訊號，皆稱為諧波整數諧波:2nd,3rd,4th,5th,…偶次諧波:2nd,4th,6th,..；奇次諧波:3rd,5th,7th,..非整數諧波:2.3th,5.6th；次級諧波:1之諧波總諧波電壓失真率:V(THD)總諧波電流失真率:I(THD)諧波種類?諧波的定義何謂諧波(HARMONIC)?KurKoulu/17.3.00/ALe14DC+-6-PULSECONVTERACABC直流電機,UPS,電鍍,電解,電信,電池充電機…產生諧波的負載KurKoulu/17.3.00/ALe15+ABC-PWMMOTORACDC6-PULSEINVERTERAC變頻器應用:造紙機械,紡織機械,空調設備,印刷設備…產生諧波的負載KurKoulu/17.3.00/ALe16電子式電力轉換器1.整流器(Converter)4.切換式電源供應器2.變流器(Inverter)(SwitchMoadPowerSupply)3.循環換流器5.脈波調變驅動裝置(Cycloconverter)(PulseWidthModulationDriver)變壓器電動機電弧爐點焊機諧波產生源電磁性負載電弧設備工廠◎整流設備(DCMOTOR)◎變頻器(INVERTER)◎恒溫設備(SCRControl)◎電弧爐(ARCFURANCE)◎點焊機◎變壓器大樓、醫院◎電梯◎不斷電系統(UPS)◎空調主機家庭◎洗衣機◎冷氣機◎照明設備各種用戶的諧波源醫院電梯，電腦，不斷電系統，通風系統，照明醫療儀器銀行、郵局與保險、證券公司電腦，不斷電系統，通風系統，照明機場、大樓、百貨公司、飯店電腦，不斷電系統，通風系統，照明，電扶梯大學電腦，不斷電系統，通風系統，照明音樂廳、體育場與會議廳投射燈，變頻器，音響，照明第三諧波產生源單相非線性負載接用三相四線式電源電腦顯示器及辦公室週邊設備電源供應器電子式整流器及其它電子設備照明設備、變頻器單相不斷電系統(UPS)電視牆……………..等1.報社2.出版社3.港務局4.電信機房5.體育場(館)6.展覽會場7.電視台8.廣播電台9.戲劇院10.捷運(地鐵)11.地下道12.隧道13.住宅小區14.影視制作場15.飯店16.百貨公司17.機場(塔台)18.火車站第三諧波發生場所1.政府辦公室2.稅務局3.郵局4.研究院5.會議廳6.證券公司7.金融公司8.保險公司9.圖書館10.紀念館11.學校12.醫院13.遊樂場14.活動中心15.訓練中心家電諧波測量資料諧波成分家電種類Irms(A)I1(A)IDC(%)各級諧波(%)ITHD(%)功率因數I3I5I7I9I11I13PFDPF調光燈(半亮)1.61.42.956191811117.3640.730.86調光燈(全亮)2.02.02.04.55.04.53.53.02.59.70.991電視機1.71.21.7805935134.38.61060.670.99手提式電腦0.60.47.78567442615131210.580.93桌上型電腦1.00.75.58253254.18.28.21020.690.99CRT0.80.66.366237.8134.71.6720.770.99液晶螢光幕0.30.25.085401015155.0970.660.99UPS2.11.92.13527176.31.02.6480.860.96DVD0.30.22190745332165.31330.590.99電冰箱2.62.61.59.13.01.90.40.40.09.80.80.8冷氣機(110V)3.33.31.27.38.22.40.30.30.0110.950.96微波爐12.411.92.5288.43.40.80.80.8290.950.99除濕機1.11.13.7168.43.71.90.90.0190.920.94摘錄自電機月刊第十一卷第十一期ITHD%=1225242322IIIIIIn(總諧波電流失真率)111cosrmsrmsIVIVDPFHFPF1KVA)(S負載基頻視在功率KW)(P負載基頻實功率COSDPF):(11THDHFIVIVHFramram不等於註KurKoulu/17.3.00/ALe21KurKoulu/17.3.00/ALe22KurKoulu/17.3.00/ALe23KurKoulu/17.3.00/ALe241pknn:諧波次數k:常數1,2,3,…p:pulse數例:n=1*6±1n=2*6±1::571113諧波的階次KurKoulu/17.3.00/ALe25In:諧波電流值I1:基本波電流n:諧波次數nIIn11111117115%97%147%205IIIIIIIII例:11諧波的量KurKoulu/17.3.00/ALe26諧波電流LOAD諧波的方向KurKoulu/17.3.00/ALe27諧波電流LOAD諧波的方向KurKoulu/17.3.00/ALe28諧波的影響…變壓器•諧波電流將會使變壓器增加銅損(copperlosses)磁滯損(Strayfluxlosses)•諧波電壓將會使變壓器鐵損(Ironlosses)增加•同時電力諧波亦會使變壓器機械噪音提高並產生額外的溫昇•尤其諧波頻率愈高,噪音與溫昇特性愈明顯KurKoulu/17.3.00/ALe29由於諧波電流為基頻電流以外之異常電流,如有過量之諧波容易因過電流而產生過熱現象,導致導體絕緣破壞而燒毀。且導體對高頻之諧波電流有集膚效應(Skineffect),使其載流量額定因而減少。諧波的影響…電力電纜KurKoulu/17.3.00/ALe30轉動機具(Inductionandsynchronousmachines)於運轉中,將會因諧波電壓與電流產生額外的鐵損與銅損(Ironandcopperlosses),進而影響及轉動機具之機械效率(Machineefficiency)和穩定轉矩諧波的影響…轉動機具KurKoulu/17.3.00/ALe31諧波電流或諧波電壓會感應電磁場(Magneticandelectricfields),將影響鄰近電話線之通訊品質。如何減少諧波對通訊網路聲頻的干擾率,在IEEE/Std519-1992有下列幾項建議:(1)適當的擺設與遮蔽(2)避開地線回路與不平衡三相電路(3)減少閘流體換相時間(4)加裝串聯或並聯濾波器,以達隔離或濾除諧波之功效諧波影響…通訊KurKoulu/17.3.00/ALe32依據日本JIS/C4901、JIS/C4902、IEEE/Std18-1992等標準,對高低壓電容器皆有過壓容許時間規定。電容諧波事故常因電力系統發生串並聯共振擴大諧波污染,產生過大之諧波電壓所致,一般之改善方法為串接適當之電感值於電容器上,使共振點避開諧波源,除可免於擴大諧波污染,亦可適度濾除諧波。諧波影響…電容器KurKoulu/17.3.00/ALe33-造成電容器過電流-與系統產生並聯諧振-與系統產生串聯諧振-造成電容器故障-增大諧波對系統的影響3.諧波與電容器的關係?KurKoulu/17.3.00/ALe34I5(300Hz)I7(420Hz)………電容器變壓器LfXnnTR)()(2變大CfXnnC)()(21變小造成電容器過電流InverterM有諧波時,諧波頻率fn越高則KurKoulu/17.3.00/ALe35電容器運轉電流(Irms)：電容器額定電流(I1)及流入電容器的諧波電流(Ih)電容器運行時為滿載電流I1=100%,加上外來諧波電流時,若運行電流大於1.3倍額定電流時,電容器將迅速故障造成電容器過電流KurKoulu/17.3.00/ALe36與系統產生並聯諧振-造成電容器故障-增大諧波對電網的影響LOAD諧波電流I5,I7,I11…電容器KurKoulu/17.3.00/ALe37CAPACITOR無限大的諧波電壓將於電網與電容器間,產生大電流將迅速造成電容器故障無限大的諧波電壓XC(n)HarmonicXTR(n)TRLoad與系統產生並聯諧振KurKoulu/17.3.00/ALe38LOADV5,V7,V11…..電容器變壓器與系統產生串聯諧振KurKoulu/17.3.00/ALe39ZLC(n)HarmonicV5,V7,V11….CAPACITORTRXTRXC)()()(nCnTRnLCXXZ當XTR(n)=XC(n)時ZLC(n)的阻抗為0與系統產生串聯諧振KurKoulu/17.3.00/ALe40HarmonicV5,V7,V11…..ZLC(n)的阻抗為0諧波電壓流經阻抗為0的迴路時無限大的諧波電流將產生無限大的諧波電流與系統產生串聯諧振KurKoulu/17.3.00/ALe41-造成電容器故障-增大諧波對電網的影響LOADV5,V7,V11…..電容器變壓器與系統產生串聯諧振KurKoulu/17.3.00/ALe42400VSC:100Kvar*6Inverters6-Pulse800KVAZ=5%SK2=16MVA(1)(2)11.4KV60HZSK1=240MVASK3=15MVA共振實例KurKoulu/17.3.00/ALe4315711131443332137250