HOTSPOT9 OKT02

Inhoud

Hogere harmonischen
Tegenwoordig wordt steeds meer apparatuur gebruikt die hogere harmonische spanningen en stromen genereren. Soms is de aanwezigheid van deze harmonischen zichtbaar op de infraroodbeelden.

Hersenprikkel.

Tegenwoordig wordt steeds meer apparatuur gebruikt die harmonische spanningen en stromen genereren. Deze harmonischen blijven gelukkig meestal binnen de perken maar kunnen in bepaalde gevallen toch voor ernstige problemen zorgen indien de installatie daarop niet ontworpen is.

Een infraroodcamera mag dan wel geen frequentiemeter zijn, toch is de aanwezigheid van hogere harmonischen soms duidelijk aantoonbaar op de infraroodbeelden. Hoe dit mogelijk is proberen we hier te verduidelijken.

Het elektriciteitsnet in België en in de omringende landen is in principe opgebouwd uit drie sinusvormige spanningen met een frequentie van 50Hz. Deze spanningen zijn 120° verschoven ten opzichte van elkaar.

Figuur 1: spanningen L1, L2, L3 in functie van de tijd

Op deze spanningen kunnen zowel drie- als één-fase(n) verbruikers aangesloten worden. Indien deze verbruikers bestaan uit lineaire componenten zoals spoelen, weerstanden of condensatoren ontstaan er ook zuiver sinusvormige stromen met een frequentie van 50Hz. Deze stromen zijn in veel gevallen wel verschoven ten opzichte van de fasespanningen maar het blijven zuiver sinusvormige stromen met een frequentie gelijk aan de bronfrequentie.

I_N = I₁+I₂+I₃

Overeenkomstig de wetten van Kirchoff is de som van deze stromen in de nulleider gelijk aan nul bij een zuiver symmetrische drie-fasen belasting. Indien er een aantal één-fase belastingen, eventueel aangevuld met drie-fasen belastingen, zijn aangesloten dan zal de nul de verschilstroom van de verschillende fasestromen voeren. Deze verschilstromen zijn in het algemeen vrij beperkt bij lineaire belastingen tenzij er sprake is van een uitgesproken ongelijke faseverdeling.

Op de huidige netten worden er steeds meer niet-lineaire belastingen aangesloten. Bij niet-lineaire belastingen moeten we denken aan schakelende voedingen, computers, spaarlampen, 'geregelde' verlichting, regelbare aandrijvingen enz. Deze niet-lineaire belastingen veroorzaken allerlei stroomvormen in het net. Het enige dat deze stroomvormen gemeen hebben is dat de grondgolf een frequentie heeft van 50Hz. Wiskundig kan aangetoond worden dat al deze vormen opgebouwd zijn uit een aantal sinusvormige stromen met frequenties van n x 50Hz waarin n =1, 2, 3… en staat voor het rangtal van de harmonische.

Onderstaande figuren tonen voorbeelden van stroomvormen opgebouwd uit de grondgolf en de derde harmonische. In de praktijk zijn de samengestelde golven veel complexer.

25% 3^e harmonische in fase	25% 3^e harmonische in tegenfase
__ _grondgolf__ _{derde harmonische} __ _{samengestelde golf}

Als het aandeel harmonischen te hoog wordt in een installatie kan dit leiden tot een aantal problemen zoals; het slecht functioneren van apparatuur doordat de spanning teveel vervormd wordt, extra warmteontwikkeling in geleiders, motoren en transformatoren. Het is vooral de extra warmteontwikkeling die opgemerkt wordt door de infraroodcamera.
Meest in het oog springend daarbij is opwarming van de nulleider.

Figuur 5	Hoezo opwarming van de nulleider? Inderdaad. Enkel bij lineaire belastingen is de som van de stroom in de nulleider nagenoeg nul al naargelang de symmetrie van de belasting. Wanneer er echter derde harmonischen ( en veelvouden ervan) voorkomen dan is de situatie wel enigszins anders. Deze derde harmonische stromen hebben een dusdanige hoekverschuiving in de verschillende fasen dat deze harmonische stromen zich optellen in de nul. Als er in elke fase een derde harmonische stroom loopt met een amplitude van 5A, dan loopt er in de nul een derde harmonische stroom met een amplitude van 15A. Indien de derde harmonische stromen en veelvouden daarvan een redelijke amplitude hebben is het duidelijk dat de doorsnede van de nulleider niet langer de helft kan zijn van de doorsnede van de fasegeleider. De figuren 5 tot 7 tonen de drie fasen elk met hun derde harmonische stroom. Duidelijk is dat deze stromen onderling in fase zijn. Figuur 8 illustreert de optelling. __ _grondgolf __ _{derde harmonische} __ _{samengestelde golf}
Figuur 6
Figuur 7
Figuur 8

Onderstaande infraroodfoto (figuur 9) toont een voorbeeld van opwarming van de nulleider tengevolge van hogere harmonischen.

Figuur 9

Hersenprikkel

Het beeld uit de vorige opgave toont een berg sojaschroot. In het gestapelde materiaal treedt een werking op van enzymen waardoor er opwarming ontstaat. Deze opwarming kan heel erg schadelijk zijn voor de kwaliteit van het materiaal.

Toegegeven, de opgave was niet echt gemakkelijk. We konden geen enkel juist antwoord noteren niettegenstaande de talrijke inzendingen.

De nieuwe opgave zal ongetwijfeld meer juiste antwoorden opleveren. De eerste inzender van het juiste antwoord wint een CD- of boekenbon met een waarde van 20 Euro. Gelieve het formulier te gebruiken om uw antwoord door te sturen. Veel succes!



*Naam:
*Bedrijf:
*Adres:
*Plaats:
Land:
Tel:
*E-mail:
*Oplossing: *vereist veld



InfraredServices	" HOT SPOT "

Nieuwsbrief	Nummer 9 - OKT 2002