sluiten

Inloggen

Log hieronder in met uw gebruikersnaam en wachtwoord.

Deze ontvangt u van ons bij het afsluiten van een (proef)abonnement.

Nog geen inlog? meld u gratis aan


Vragen?
Kunt u niet inloggen of heeft u vragen over een (proef)abonnement?.
Neem dan contact op met BIM Media Klantenservice:

sluiten

Welkom bij de Kennisbank Power Quality

Om de uitgebreide informatie op de kennisbank te kunnen lezen heeft u een inlogcode nodig. Deze ontvangt u bij het afsluiten van een abonnement.

Waarom de Power Quality-kennisbank

  • Kennis van experts altijd beschikbaar
  • Antwoorden, oplossingen en tools
  • Toevoegen van eigen notities mogelijk
  • Praktijkcases, veelvuldig aangevuld
  • Handige formules en interactieve berekeningen
Neem nu een abonnement >

Abonnement € 255,- per jaar, ieder moment opzegbaar. Meer over een abonnement op Power Quality

“ De Power Quality boeken hielpen me al goed op weg, maar met de Kennisbank Power Quality zijn antwoorden, oplossingen en tools altijd en overal beschikbaar ”
 

H. Vlottes, directeur Vlottes Electromechaniek
Installatie Service Bureau

Inloggen voor abonnees


Vragen?
Kunt u niet inloggen of heeft u vragen over een abonnement?
Neem dan contact op met Vakmedianet Klantenservice: 088 58 40 888

Of stuur een e-mail naar: klantenservice@vakmedianet.nl

Resonantie geeft een serieus probleem met harmonischen

Harmonische stromen vormen een extra belasting voor de installatie en geven extra verliezen. Als er sprake is van resonantie, treden extreem hoge harmonische stromen en spanningen op die direct tot uitval  van een installatie of verkeerd reageren van besturingen kunnen leiden. 

Deze situaties treden veelal op wanneer een condensatorbank wordt geplaatst of als er veel toestellen met condensatoren aan de ingang worden geïnstalleerd. Een kleine berekening maakt het mogelijk om de kans op resonantie in te schatten.

 

Voorwaarden voor resonantieproblemen

Om inzicht te krijgen in de problemen met resonantie is in onderstaande figuur het meest eenvoudige vervangingsschema weergegeven van een net met een aangesloten installatie. In dit schema zijn de volgende componenten weergegeven. 

 

Uh

= de harmonische achtergrondvervuiling in het net

Rn

= de ohmse weerstand van het voedende net

XL

= de inductieve weerstand van het voedende net

C

= de capaciteit aangesloten op de installatie

Rb

= de ohmse belasting van de installatie

Ih

= de harmonische stroombron van belasting

 

Schema net en installatie

Schema net en installatie.

 

De impedantie van de verschillende componenten is afhankelijk van de frequentie. Alle componenten zijn meestal uitgelegd en bepaald op de standaard 50 Hz frequentie. De impedantie van de weerstanden kunnen bij hogere frequenties wel veranderen maar zijn toch redelijk constant. Bij hogere frequenties lopen de ohmse weerstanden meestal iets op als gevolg van het skin-effect, maar deze veranderingen zijn relatief klein.

 

De impedantie van de inductiviteit is evenredig aan de frequentie en is in formulevorm:

            

De impedantie van de capaciteit is omgekeerd evenredig aan de frequentie:

In deze formules is:

 

f = de frequentie in Hz

L = de inductiviteit in H

C = de capaciteit in F

 

Er kan onderscheid worden gemaakt in serie-resonantie en parallel-resonantie.

Bij serie-resonantie kijken we naar de achtergrondvervuiling in de spanning. De stroombron kan dan worden weggelaten. De totale impedantie van de keten wordt voornamelijk bepaald door de ohmse weerstand van het net en impedanties van de inductiviteit en de capaciteit. In onderstaande figuur zijn de diverse impedanties weergegeven voor de situatie met de volgende gegevens:

 

Rn   = 0,1 Ω

XL   = 0,05 Ω

C    = 100 μF

Rb  = 10 Ω

 

Impedanties, afhankelijk van de frequentie

Impedanties, afhankelijk van de frequentie.

 

De impedantie van de inductiviteit is in rood weergegeven, de impedantie van de condensator in groen. De totale impedantie die gezien wordt door de harmonische spanning, is weergegeven door de blauwe lijn.

 

Als de impedantie van de inductiviteit en de capaciteit aan elkaar gelijk zijn, is de totale impedantie het laagst. Bij deze frequentie kunnen dus grote harmonische stromen optreden. Voorwaarde is uiteraard wel dat er een harmonische spanning met deze frequentie aanwezig is.

 

Bij parallel-resonantie krijgen we de situatie dat de stroombron de harmonische stroom injecteert. Voor de harmonische spanningsbron kan een kortsluiting worden aangenomen (geen impedantie). De stroombron injecteert de stroom in drieparallelle takken, namelijk de belasting, de capaciteit en de netimpedanties. In onderstaande figuur zijn de impedantie van de inductiviteit, capaciteit en totale impedantie (blauw) weer afgebeeld. 

 

Impedantie bij parallel-resonantie

Impedantie bij parallel-resonantie.

 

Bij parallel-resonantie treedt er bij de resonantiefrequentie een hoge impedantie op. Als er sprake is van een constant stroombron die deze harmonische stroom injecteert, ongeacht de impedantie, dan kunnen er hoge harmonische spanningen optreden. Ook hier is de voorwaarde voor het optreden van dit probleem dat er een harmonische stroombron met de resonantiefrequentie (in dit geval ongeveer de 25e harmonische) aanwezig is.

 

De belasting heeft in deze gevallen een dempende werking. Als de belasting hoog is (lage weerstand), dan zal de waarde van de totale impedantie lager zijn dan bij een geringe belasting. Als we de belastingsweerstand verhogen naar 100 Ω (dus minder belasting), dan krijgen we een totale impedantie zoals weergegeven in onderstaande figuur.

 

Impedantie bij lage belasting (parallel-resonantie)

Impedantie bij lage belasting (parallel-resonantie).

Een van de problemen met het optreden van hoge harmonische spanningen met een frequentie van 1250 Hz (25e harmonische) is het optreden van meerdere nuldoorgangen, zoals weergegeven in onderstaande figuur.

Harmonische vervorming met meerdere nuldoorgangen als gevolg

Harmonische vervorming met meerdere nuldoorgangen als gevolg.

 

Er is regel- en besturingapparatuur (dimmers, tijdregelingen) die de nuldoorgangen gebruiken als input variabele voor de regeling. Als er meerdere nulpunten verschijnen, kan het toestel of het proces ontregeld raken. 

 

Conclusie

Het is van belang om deze resonantieproblematiek te voorkomen. Grote harmonische stromen zorgen al voor een extra belasting in de installatie. Ook komt het de levensduur van veel apparaten niet ten goede. Als er ook nog grote harmonische spanningen optreden, kan dit direct tot problemen in de installatie of in toestellen leiden. Zeker bij het plaatsen van condensatoren of toestellen met een grote capaciteit aan de ingang is een controle op mogelijke risico’s aan te bevelen.