Harmonic Distortion

Download Harmonic Distortion

Post on 24-Jul-2015

104 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

NELSON: MEMAHAMI LEBIH BAIK DARI DISTORSI HARMONISA PADA INDUSTRI PETROKIMIA 229Sebuah Pemahaman yang lebih baik dari Harmonic Distortion di Industri PetrokimiaJohn P. Nelson , Fellow, IEEEAbstract Makalah ini memberikan diskusi yang mendalam tentang distorsi harmonik pada sistem tenaga di industri petrokimia. Makalah ini dimulai dengan diskusi tentang harmonik yang disebabkan oleh perangkat magnet saturable seperti generator, transformer, dan motor. Produksi dan kontrol tegangan dan arus h

TRANSCRIPT

<p>NELSON: MEMAHAMI LEBIH BAIK DARI DISTORSI HARMONISA PADA INDUSTRI PETROKIMIA 229</p> <p>Sebuah Pemahaman yang lebih baik dari Harmonic Distortion di Industri PetrokimiaJohn P. Nelson , Fellow, IEEEAbstract Makalah ini memberikan diskusi yang mendalam tentang distorsi harmonik pada sistem tenaga di industri petrokimia. Makalah ini dimulai dengan diskusi tentang harmonik yang disebabkan oleh perangkat magnet saturable seperti generator, transformer, dan motor. Produksi dan kontrol tegangan dan arus harmonik diproduksi dalam perangkat ini akan dibahas. Kemudian, diskusi tentang produksi dan kontrol tegangan harmonik dan arus pro- diproduksi oleh daya perangkat elektronik akan dibahas. contoh harmonisa daya sistem dan teknik penekanan harmonik akan disajikan. Indeks Syarat- Konverter, distorsi faktor, yang menarik saat ini, generator, harmonisa, faktor daya sirkuit magnetik, nonlinier beban, faktor lapangan, kualitas daya, komponen simetris, total harmonik distorsi (THD), trafo I. PENDAHULUAN Sistem tenaga ELECTRIC seluruh industri petrokimia dirancang untuk beroperasi secara normal pada 50 atau 60 Hz. Sepanjang sejarah, upaya telah dilakukan untuk menganalisis distorsi pada sistem kekuasaan yang diciptakan oleh elektromagnetik nonlinier sirkuit seperti generator, transformator dan motor. Singkatnya, perangkat nonlinier dapat, dan sering kali tidak, membuat distorsi pada tegangan sinusoidal dari sistem daya ac. Perangkat nonlinier juga disebut sebagai sumber harmonikyang menghasilkan aliran arus harmonik. Sumber-sumber bisadikategorikan menjadi: saturable magnetic devices; power electronic devices. Bagian II dari makalah ini akan membahas perangkat magnet saturable,Bagian III akan berurusan dengan perangkat kekuasaan elektronik, danBagian IV akan230 IEEE TRANSAKSI PADA INDUSTRI APLIKASI, VOL. 40, NO. 1, Januari / Februari 2004</p> <p>berurusan dengan contoh kehidupan nyata. Kesimpulan adalahditarik dalam Bagian V.Distorsi tegangan pada sistem tenaga dan arusdapat dianalisis melalui studi frekuensi yang lebih tinggi umumnyadisebut sebagai harmonisa daya sistem. Dengan dasarfrekuensi 50 atau 60 Hz menjadi harmonik pertama dankelipatan integer dari frekuensi dasar yang dirujuksebagai harmonik orde tinggi, beberapa harmonisa urutan lebih rendahditunjukkan pada Tabel I.TABLE I COMMON POWER SYSTEM HARMONICS IN BOLD</p> <p>NELSON: MEMAHAMI LEBIH BAIK DARI DISTORSI HARMONISA PADA INDUSTRI PETROKIMIA 229</p> <p>Harmonisa frekuensi juga dapat diidentifikasi dengan simetriskomponen dimana komponen urutan ditentukan oleh persamaan berikut:</p> <p>Dalam sebuah sistem daya ac, bahkan harmonik biasanya tidak ada.Oleh karena itu, harmonik umum dalam sistem daya termasukaneh harmonisa. Sebuah istilah yang disebut distorsi faktor atau faktor harmonik seringkali digunakan untuk menyatakan jumlah distorsi harmonik. Hal ini dapatdigunakan untuk menunjukkan jumlah distorsi tegangan atau arusdistorsi dalam suatu sistem. Faktor distorsi ditentukan sebagaiberikut:</p> <p>Lihat Lampiran I untuk daftar 15 harmonik pertama dengan setiap masing jenis komponen simetris. Salah satu aspek penting dari komponen simetris di menganalisa efek harmonisa pada sistem tenaga adalah bahwa: positif-urutan harmonik menghasilkan torsi positif; negatif-urutan harmonik menghasilkan torsi negatif; nol-urutan harmonik menghasilkan torsi tidak; II. SATURABLE RANGKAIAN MAGNETIK Perangkat magnet saturable meliputi pembangkit listrik, transformer, motor, dan perangkat besi lainnya inti. Harmonisa adalah karena terutama dari kejenuhan besi. Dalam desain perangkat ini, peralatan yang paling dirancang pada atau di atas lutut saturasi kurva. Akibatnya, arus magnetizing dapat sangat terdistorsi dan kaya harmonik harmonik ke-3. Ke-3 harmonik yang disebabkan oleh kejenuhan besi telah ada sejak munculnya sirkuit magnetik, dan daya insinyur telah ditangani dengan dan meringankan masalah harmonisa ke-3 melalui transformator koneksi dan desain generator, sebagaimana akan dibahas kemudian. A. Harnonisa di buat pada generator Rangkaian magnetik dari generator ac menghasilkan harmonic yang dapat diminimalisir melalui susunan stator gulungan. Sebuah harmonik tertentu dapat dikeluarkan dari tegangan yang dihasilkan dengan memilih faktor lapangan yang menghilangkan tertentu harmonis. Besarnya faktor lapangan untuk setiap tertentu harmonik,, sama dengan</p> <p>Dari (1), seseorang dapat menghitung tegangan total distorsi harmonikfaktor THD, dan faktor distorsi jumlah arus harmonisaTHD, dengan menggantikan harmonisa tegangan dan harmonisa arus,masing-masing, sebagai berikut:</p> <p>Contoh dari bentuk gelombang yang terdistorsi adalah printer kantor khas.Distribusi harmonik untuk seperti bentuk gelombang ditunjukkan pada Gambar. 1.</p> <p>Fig. 1. Harmonic current distribution of office printer.</p> <p>230 IEEE TRANSAKSI PADA INDUSTRI APLIKASI, VOL. 40, NO. 1, Januari / Februari 2004</p> <p>NELSON: MEMAHAMI LEBIH BAIK DARI DISTORSI HARMONISA PADA INDUSTRI PETROKIMIA 229</p> <p>menghasilkan penurunan relatif baik Harmonisa melewati ke sistem tenaga listrik.</p> <p>Tabel II PITCH FAKTOR DAMPAK TERHADAP TEGANGAN HARMONISA</p> <p>B.</p> <p>Harmonisa Transformer</p> <p>Dibuat oleh Sirkuit Nonlinier</p> <p>Dengan menetapkan Kp = 0 untuk harmonik tertentu, generator berliku pengaturan pada dasarnya dapat menghilangkan yang harmonic</p> <p>Harmonisa dapat dan biasanya diciptakan karena non-linear dari rangkaian besi inti. Dalam sirkuit transformator, tegangan diterapkan pada satu set gulungan. Sebagai hasil dari tegangan, arus mengalir menciptakan fluks magnetizing. Arus ini disebut juga arus magnetizing atau menarik. Ketika tegangan sinusoidal diterapkan pada transformator berliku, arus magnetizing terdistorsi diproduksi. Sementara saat ini masih agak sinusoidal, arus harmonisa ke-3 ini, jumlahnya tergantung pada kejenuhan jumlah yang hadir. Demikian juga, jika ada kejenuhan yang parah, maka ada</p> <p>dan untuk harmonisa ganjil,</p> <p>Atau</p> <p>Dimana</p> <p>Dengan perencanaan yang tepat selama fase desain dari kekuasaan sistem untuk pabrik petrokimia, harmonik tertentu dapat diminimalkan. Misalnya, faktor pitch generator dapat dimodifikasi untuk meminimalkan dan menghilangkan harmonisa tertentu. (The pitch dua konduktor dalam generator biasanya dianggap sebagai berada di 180 derajat listrik. Dengan menyesuaikan lapangan pada sudut selain 180 derajat listrik, besarnya fundamental dan semua gelombang harmonik akan terpengaruh.) Lihat Tabel II [3]. Jika ada sebuah transformator delta-Wye antara generator dansistem tenaga, maka thirrd dan kelipatan harmonik ke-3dieliminasi sejak deltaWye filter koneksi transformator nol-urutan komponen. Hal ini dilakukan oleh fakta bahwa ke3 dan kelipatan dari tegangan harmonik ke-3 adalah sama dalam semua tiga kaki dari delta dan tidak ada yang dihasilkan perubahan fluks nol berurutan,. Oleh karena itu, generator dapat dirancang dengan komponen tegangan besar 3rd harmonic sehingga meminimalkan harmonisa yang dihasilkan lainnya. Sebagai contoh, dari Tabel I, penggunaan lapangan 5/6th akan mengurangi 5 dan Harmonik 7 dan trafo akan menyaring ke-3 dan 9 harmonik</p> <p>Gambar. 2. Magnetizing Current</p> <p>Gambar 3 Transformer lanjakan arus</p> <p>mungkin cukup banyak arus harmonisa ke-5 juga. Lihat Gambar. 2</p> <p>230 IEEE TRANSAKSI PADA INDUSTRI APLIKASI, VOL. 40, NO. 1, Januari / Februari 2004</p> <p>NELSON: MEMAHAMI LEBIH BAIK DARI DISTORSI HARMONISA PADA INDUSTRI PETROKIMIA 229</p> <p>Produsen transformator biasanya merancang transformator untuk beroperasi sedikit di atas lutut kurva saturasi. Itu lebih tinggi operasi adalah pada kurva saturasi, semakin besar besamya distorsi akan hadir dalam arus magnetizing. Dengan meningkatnya eksitasi lebih, jumlah harmonik ke-5 konten meningkat. Arus harmonisa ke-5 dirasakan dalam transformator dapat digunakan untuk perlindungan overexcitation. Selanjutnya, energi transformator menyebabkan magnetizing transien arus mengalir yang kaya akan harmonik kedua (lihat Gambar. 3). Sebuah 12-25 kali normal dengan saat ini jumlah dc offset umum. Arus dalam transformator selama arus masuk biasanya terlihat dalam satu set gulungan dan transformer saat ini masing-masing (CTS). Dengan demikian, saat ini arus masuk mungkin muncul sebagai kesalahan ke pelindung relay. Fakta bahwa lonjakan arus pada energization transformator adalah kaya harmonics sementara arus gangguan transformator terdiri terutama dari frekuensi dasar, arus harmonik 2 dapat disaring dan digunakan untuk menahan relay dari tersandung. Lonjakan arus biasanya bisa 12 kali selama 0,1 s (enam siklus) dan paling tinggi 25 kali untuk 0,01 s. Informasi ini penting untuk pengaturan yang tepat dari relay pelindung. Cara lain untuk mengurangi harmonisa pada petrokimia sistem tenaga adalah untuk meminimalkan kejenuhan transformator dengan mempertahankan operasi dari transformator dalam wajar tegangan jangkauan. Sebagai contoh, perhatikan generator 4.16 kV beroperasi di bustanaman 13,8 kV. Langkah-up khas transformator akan dinilai 4,16-13,8 kV. Namun, untuk mentransfer kekuasaan dan vars melalui generator, generator mungkin perlu untuk beroperasi girang, mungkin setinggi 4400 V ke rekening untuk drop tegangan melalui transformator. Dengan demikian, transformator mungkin beroperasi secara substansial girang. Sekarang mempertimbangkan operasi transformator dengan keran sisi tinggi ditempatkan pada lebih tinggi dari keran nominal. Kemudian generator sekarang mungkin dioperasikan pada 4,16 kV dengan sekali tekan 2,5% atau 5,0% pada 13,8 kV sisi transformator. Pertanyaan yang harus muncul dari contoh ini adalah, jadi apa jika generator beroperasi pada 4400 V? Pertama-tama, generator di contoh akan beroperasi di atas Peringkat nominalnya, dan sehingga akan beroperasi jauh di atas kurva saturasi dari diperlukan. Dengan demikian, ada harmonik tambahan paling mungkin yang dihasilkan. Selanjutnya, transformator akan beroperasi lebih jauh sampai pada kurva jenuh sehingga masih lebih harmonik. Oleh karena itu, sistem menderita harmonik tambahan karena pilihan yang tidak tepat, tetapi tampaknya benar transformator. Kesalahan umum</p> <p>dalam penerapan langkah Generator up transformer adalah dengan menggunakan tegangan pengenal yang lebih rendah pada atas langkah-langkah transformator untuk mengkompensasi penurunan tegangan pada transformator. Dengan demikian, transformator 3,95-13,8-kV dapat dipilih untuk memproduksi 13,8 kV output dari transformator. Sementara transformator yang koneksi akan bekerja dan generator tidak akan girang, trafo akan. Solusi terbaik yang akan meminimalkan harmonisa pada sistem tenaga adalah dengan memilih sebuah transformator dengan rating dari 4,16 kV 14,4 kV-. Dalam kondisi normal dan sebelum operasi generator, sistem operasi sebesar 13,8 kV akan menghasilkan tegangan di pemutus generator sekitar 95%. Sebagai tegangan generator meningkat untuk mengkompensasi jatuh tegangan transformator dan untuk kapal vars ke sistem, tegangan akan meningkat mendekati nilai 4,16 kV tanpa overexciting baik generator atau transformator. Jika Peringkat 1,05 per unit pada sisi yang tinggi dari generator transformator step-up terlalu tinggi untuk aplikasi tertentu, sebuah 1,025 satuan Peringkat per keran atau lebih rendah dapat digunakan. C. 3 Harmonic dan Masalah Zero Sequence Generator-generator listrik utilitas biasanya terisolasi dari sistem kekuasaan melalui delta-Wye transformator step-up yang menyaring tegangan urutan nol yang melekat. Itu delta-Wye transformator menghasilkan urutan nol dan, dengan demikian, 3 harmonik filter yang menghilangkan tegangan harmonik ke-3 dari yang ditransfer ke dalam sistem kekuasaan. Namun, dalam industri petrokimia, generator banyak kali terhubung langsung ke bus listrik pabrik dan tidak mendapatkan manfaat dari setelah tegangan harmonik ke-3 yang disaring. Oleh karena itu, generasi tegangan harmonik ke-3 bisa menjadi masalah dan kebutuhan untuk dipertimbangkan selama desain sistem. Sebuah diskusi rinci dari masalah ini dan berbagai solusi dijelaskan dalam [6]. Pertimbangan khusus perlu diberikan untuk pemilihan generator ketika lebih dari satu akan dioperasikan secara parallel sehingga faktor lapangan generator cocok. Selain itu, tindakan pencegahan perlu diambil pada landasan yang tepat dari beberapa generator [8]. Jika tidak, sirkulasi arus antara generator mungkin terjadi. Demikian juga, jika ada transformator Wyeterhubung pada bus yang sama sebagai penghindaran, generator didasarkan dari arus beredar juga harus diperhatikan [8]. Solusi untuk masalah saat ini beredar adalah sebagai berikut: pemilihan generator 2/3 lapangan;</p> <p>230 IEEE TRANSAKSI PADA INDUSTRI APLIKASI, VOL. 40, NO. 1, Januari / Februari 2004</p> <p>NELSON: MEMAHAMI LEBIH BAIK DARI DISTORSI HARMONISA PADA INDUSTRI PETROKIMIA 229</p> <p> impedansi pengetanahan generator masingmasing; landasan impedansi paralel masing-masing terhubung transformator; pencocokan karakteristik generator dan kondisi operasi; satu-titik grounding dan isolasi peralatan netral. III. DAYA ELECTRONICS A. Tenaga Listrik dan Generasi Harmonik B. Insinyur listrik telah menghabiskan bertahuntahun menyempurnakan generasi dari bentuk gelombang tegangan sinusoidal untuk daya memberikan dari stasiun pembangkit ke pengguna akhir. Dengan cepat dari daya perangkat elektronik, perangkat beban lebih dan lebih nonsinusoidal sedang ditempatkan pada sistem kekuasaan. Petrokimia industri tidak terkecuali. Daya perangkat elektronik membuat harmonic dengan menggambar kekuasaan hanya selama bagian dari siklus tegangan. Beberapa sebelumnya perangkat elektronik adalah rectifier listrik sederhana mengkonversi daya dari ac ke dc. Beban ini dibuat menggunakan setengah gelombang atau rectifier gelombang penuh yang mirip dengan yang ditunjukkan pada Gambar. 4. Itu daya perangkat elektronik telah menjadi lebih kompleks dengan penggunaan daya perangkat elektronik canggih beralih termasuk silikon dikontrol penyearah (SCR) dan terisolasi gerbang transistor bipolar (IGBT). Yang terakhir ini memungkinkan banyak beralih siklus yang normal dalam 50 - atau 60-Hz siklus kekuasaan. Beberapa kini sistem tenaga elektronik di industri petrokimia meliputi: pasokan listrik elektronik; variabel-drive kecepatan; rectifier besar; var generator statis. Respon dari sistem daya untuk perangkat elektronik kekuasaan tergantung pada sejumlah faktor termasuk karakteristik distorsi yang dihasilkan oleh beban. Dengan kekuatan elektronik perangkat, biasanya untuk mempertimbangkan perangkat sebagai sumber arus harmonisa. Menggunakan metode pemodelan beban menyajikan gambaran yang jelas tentang dampak beban pada sistem tenaga listrik. Sistem faktor yang harus dipertimbangkan meliputi: Sistem arus pendek kapasitas</p> <p>Gambar. 4. Tiga fase penyearah. Sistem kapasitansi - Kapasitor bank; - Kabel kapasitansi; Karakteristik beban sistem - Beban resistif memberikan peredam; - Motor peningkatan arus pendek kapasitas; - Transformator dapat membuat pergeseran fasa. Sistem arus pendek kapasitas merupakan faktor penting dalam menentukan dampak dari beban daya elektronik di sebu...</p>

Recommended

View more >