Laivasähköverkkojen harmoniskysymykset
Lahtinen, Tomi (2021)
Diplomityö
Lahtinen, Tomi
2021
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021101851408
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021101851408
Tiivistelmä
Harmoninen kokonaissärö (THD, Total Harmonic Distortion) on numeerinen arvo, joka lasketaan käyttäen perustaajuuden kerrannaisia. Nämä perustaajuuden kerrannaiset muodostavat säröä jännitteeseen ja virtaan. Laivan sähköverkon impedanssi on korkea verrattuna maapuolen sähköverkkoon ja virran harmoniset säröt heijastuvat tämän myötä myös jännitteeseen ja siitä koko laivan sähköverkkoon.
Harmonisten säröjen kasvaessa aiheutuu mm. kuumenemista muuntajissa ja lämpösuojien laukeamisia. Tämän lisäksi suora lämpöhäviö tarkoittaa myös hyötysuhteen heikentymistä. Muuntajien lisäksi harmonisten säröjen aiheuttamaa ylikuumenemista esiintyy mm. kaapeleissa, generaattoreissa ja kondensaattoreissa. Valaisimet ja erilaiset näytöt voivat vilkkua tämän takia, ja erilaiset mittarit voivat näyttää vääriä lukemia. Moottoreissa harmoninen särö aiheuttaa mm. vääntömomenttia ja värinöitä. Harmoniset säröt aiheuttavat taloudellisia tappioita laivanomistajille aiheuttamalla tehohäviöitä ja tuhoamalla laitteita.
Laivan sähköverkon laatua määrittelevät luokituslaitokset, joista useat asettavat jännitteen raja-arvoksi 8 % ja yksittäiselle kerrannaiselle 5 %. Tämän lisäksi on useita kansainvälisiä standardeja, kuten IEEE-519-2014, joilla on omat määrittelynsä myös pitkäkestoisen TDD:n (Total Demand Distortion) suhteen.
Harmonista säröä pystyy mittaamaan erilaisin mittalaittein laivan sähköverkosta. Tuolloin
analysointilaitteisto itse laskee prosentuaaliset osuudet ja tarpeen tullen pystyy hälyttämään laiva-automaatiota sähkölaadun heikkenemisestä.
Harmonista säröä voi vähentää passiivisilla ja aktiivisilla suotimilla. Aktiivisuotimien ominaisuuksina passiivisiin on niiden pienempi koko mutta kalliimpi hinta. Luokituslaitokset yleisesti ottaen määrittelevät, että aktiivisuotimen käyttö edellyttää myös erillisten mittalaitteiden asennuttamista. Total harmonic distortion (THD) is a numerical value calculated using multiples of the fundamental frequency. These multiples create distortion in the voltage and current. The impedance of a ship’s electrical system is high compared with the onshore electrical network, and the harmonic distortions of the current are therefore also reflected in the voltage and the ship’s entire electrical system.
Increasing harmonic distortions cause transformers to heat up and thermal protectors to go off. In addition, direct heat loss also means reduced efficiency. Harmonic distortions also cause overheating in cables, generators and capacitors, for example. This may result in blinking in lights and displays, and various meters may show incorrect readings. In engines, harmonic distortion causes torque and vibration, among other impacts. Harmonic distortions result in financial losses to shipowners by causing loss of power and destroying equipment.
The quality of a ship’s electrical system is determined by ship classification societies, many of which set 8% as the limit value for voltage and 5% for a single multiple. In addition, there are several international standards, such as IEEE-519-2014, which have their own specifications for long-term total demand distortion (TDD).
Harmonic distortion can be measured from the ship’s electrical system by using various measuring devices. In such a case, the analysis equipment calculates the percentages and is able to send an alarm to the ship’s automation system about a decrease in electrical quality.
Harmonic distortion can be reduced with passive and active filters. Active filters are smaller but more expensive than passive filters. Ship classification societies generally require the installation of separate measuring devices when active filters are used.
Harmonisten säröjen kasvaessa aiheutuu mm. kuumenemista muuntajissa ja lämpösuojien laukeamisia. Tämän lisäksi suora lämpöhäviö tarkoittaa myös hyötysuhteen heikentymistä. Muuntajien lisäksi harmonisten säröjen aiheuttamaa ylikuumenemista esiintyy mm. kaapeleissa, generaattoreissa ja kondensaattoreissa. Valaisimet ja erilaiset näytöt voivat vilkkua tämän takia, ja erilaiset mittarit voivat näyttää vääriä lukemia. Moottoreissa harmoninen särö aiheuttaa mm. vääntömomenttia ja värinöitä. Harmoniset säröt aiheuttavat taloudellisia tappioita laivanomistajille aiheuttamalla tehohäviöitä ja tuhoamalla laitteita.
Laivan sähköverkon laatua määrittelevät luokituslaitokset, joista useat asettavat jännitteen raja-arvoksi 8 % ja yksittäiselle kerrannaiselle 5 %. Tämän lisäksi on useita kansainvälisiä standardeja, kuten IEEE-519-2014, joilla on omat määrittelynsä myös pitkäkestoisen TDD:n (Total Demand Distortion) suhteen.
Harmonista säröä pystyy mittaamaan erilaisin mittalaittein laivan sähköverkosta. Tuolloin
analysointilaitteisto itse laskee prosentuaaliset osuudet ja tarpeen tullen pystyy hälyttämään laiva-automaatiota sähkölaadun heikkenemisestä.
Harmonista säröä voi vähentää passiivisilla ja aktiivisilla suotimilla. Aktiivisuotimien ominaisuuksina passiivisiin on niiden pienempi koko mutta kalliimpi hinta. Luokituslaitokset yleisesti ottaen määrittelevät, että aktiivisuotimen käyttö edellyttää myös erillisten mittalaitteiden asennuttamista.
Increasing harmonic distortions cause transformers to heat up and thermal protectors to go off. In addition, direct heat loss also means reduced efficiency. Harmonic distortions also cause overheating in cables, generators and capacitors, for example. This may result in blinking in lights and displays, and various meters may show incorrect readings. In engines, harmonic distortion causes torque and vibration, among other impacts. Harmonic distortions result in financial losses to shipowners by causing loss of power and destroying equipment.
The quality of a ship’s electrical system is determined by ship classification societies, many of which set 8% as the limit value for voltage and 5% for a single multiple. In addition, there are several international standards, such as IEEE-519-2014, which have their own specifications for long-term total demand distortion (TDD).
Harmonic distortion can be measured from the ship’s electrical system by using various measuring devices. In such a case, the analysis equipment calculates the percentages and is able to send an alarm to the ship’s automation system about a decrease in electrical quality.
Harmonic distortion can be reduced with passive and active filters. Active filters are smaller but more expensive than passive filters. Ship classification societies generally require the installation of separate measuring devices when active filters are used.