Effect of Power System Harmonic on Equipments Utility Customers Manufacturers Consultants Research Organizations PQ Standard Organizations Engineers Facility Designers Research Division, PEA

Harmonic Sources 6k+1 12k+1 Transformer Electronic Arc Furnaces SMPS DC & AC Drive Electronic Arc Furnaces Spot Welding Transformer

Symmetrical Component Anticlockwise Clockwise Negative Sequence Positive Sequence Zero Sequence

Symmetrical Component

Symmetrical Component

System Connection & Harmonic Source Harmonic Source 50 Hz Order Sym. 1 + 2 - 3 0 4 + 5 - 6 0 7 + Positive Sequence (+) 3n + 1 H Negative Sequence (-) 3n - 1 Zero Sequence (0) 3n

System Connection & Harmonic ลำดับที่ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ความถี่ 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Sym. + - 0 + - 0 + - 0 + - Zero Sequence Zero Sequence

Zero Sequence P Q Q P Reference

Zero Sequence P Q Q P Reference

Zero Sequence P Q Q P Reference

Zero Sequence P Q Q P Reference

Zero Sequence P Q Q P Reference

Power Quality Monitoring Unipower Model 902 Meridian Fluke Model41B Hioki Dranetz Model 658

Harmonic Power Flow 50 Hz + - Source Power Sink Source Sink

Ex. Harmonic Power Flow 50 Hz + - Power Source Sink

Harmonic Power Flow Source

Harmonic Power Flow

Harmonic Series Resonance (Low Impedance) Impedance (Z) R h 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Harmonic Order

Harmonic Series Resonance (Low Impedance)

Harmonic Series Resonance Order

Finding Harmonic Series Resonance Order 1 MVA Z = 6.5 %

Harmonic Parallel Resonance (High Impedance) Impedance (Z) R h 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Harmonic Order

Harmonic Parallel Resonance (High Impedance) IS IC R

Harmonic Parallel Resonance (High Impedance)

Harmonic Parallel Resonance (High Impedance) MVASC-HV MVA Tr %Z MVASC-LV

Harmonic Parallel Resonance (High Impedance) 100 MVASC-HV 1 MVA Z = 6.5 % MVASC-LV

Effect on Miniature Circuit Breaker Magnetic Trip (Short Circuit) Thermal Trip (Overload) 5วินาที 1วินาที MCB Magnetic Trip (Short Circuit)

Effect on Fuse

Effect on Fuse Maximum Clearing Time Minimum Melting Time 0.4 Sec 0.01 0.10 1 10 100 1,000 10,000 100,000 Rated Current (%) Time (seconds) Effect on Fuse Maximum Clearing Time Fuse 0.4 Sec < 0.4 Sec Relay Minimum Melting Time

Effect on Capacitor

Components of Capacitor I. Dry-type - no pollution or leakage risk II. Sequential Protection System Self-Healing Capacitor Elements Internally Protection Elements Nonflammable Dry Vermiculite Filter III. Discharge Resistors IV. Terminal Studs V. Thermal equalizer VI. Steel enclosure VII. Light weight easy to install IPE Element IPE Wires Can Winding core Resin filling Sprayed contact layer Non self- healing windings Fuse Capacitor winding Sprayed contact layer

Components of Capacitor Electrode : a microscopically thin layer of conducting material, aluminum or zinc 0.01 microns Dielectric : Polypropylene range from 5 to 10 microns Polypropylene Dielectric Aluminum Foil Electrode

Effect on Capacitor Voltage Dielectric Stress = Thickness

Harmonic and Capacitor Selection Sn : ขนาดของหม้อแปลง (kVA) Gh : ขนาดของโหลดที่สร้าง ฮาร์มอนิกส์(kVA)

Harmonic and Capacitor Selection 400V 470/525V 525V Reactor

Effect on Relay f h I50Hz I50Hz/h IRMS 50Hz 120 180 300 420 540 1 2 3 7 9 1.00A 0.92A 0.99A 1.02A - 0.46 0.33 0.20 0.145 0.11 1.00 1.03 1.04 1.01

Effect on Relay True RMS Sensing Sampling Harmonic Under protected Peak Sensing Peak Sensing Under protected Over protected True RMS Sensing Sampling Harmonic

Effect on Ground Relay L3 3.L3 N L1 3.L1 L2 3.L2

Effect on Meter V I V I

Effect on Conductors Skin Effect x Y

Effect on Conductors Proximity Effect กระแสไหลในทิศทางเดียวกัน กระแสไหลในทิศทางตรงข้ามกัน

Increase in AC resistance(%) Effect on Conductors 300 250 200 150 100 50 500 mm2 Increase in AC resistance(%) 240 mm2 185 mm2 70 mm2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Harmonic Order

Effect on Conductors Copper Losses (Load Losses)

Effect on Transformer Skin Effect Proximity Effect Copper Losses Eddy Current Losses คือ ค่าความสูญเสียจากกระแสไหลวนในขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้า เมื่อจ่ายโหลดแบบ Linear ที่พิกัดกระแส (50 Hz)

Effect on Transformer Transformer Derating (K Factor) คือ ค่าความสูญเสียจากกระแสไหลวนในขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้า เมื่อจ่ายโหลดแบบ Linear ที่พิกัดกระแส (50 Hz)

Effect on Transformer Transformer Derating (K Factor) คือ ค่าความสูญเสียจากกระแสไหลวนในขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้า เมื่อจ่ายโหลดแบบ Linear ที่พิกัดกระแส (50 Hz)

Effect on Transformer Transformer Derating (K Factor) Transformer 25 MVA at 22 kV Fundamental 770 A at 50 Hz 3 rd 10 A 7 th 110 A 5 th 154 A 11 th 70 A

Effect on Transformer Transformer Derating (K Factor)

Effect on Transformer Transformer Derating (K Factor)

Effect on Transformer Transformer Derating (K Factor) Transformer can be damaged Transformer can operate without damage

Effect on Transformer Transformer Derating (K Factor) Transformer 25 MVA at 22 kV

Effect on Motor Positive Sequence Negative Sequence

Ambient Temperature 40 ํC Effect on Motor Ambient Temperature 40 ํC Insulation Class

Effect on Motor อุณหภูมิเพิ่มสูงเกิน Class ที่ระบุ 10 C มีผลทำให้อายุการใช้งานของมอเตอร์ลดลงมากกว่า 50% ของที่มาตรฐานกำหนด

www.pea.co.th Email: Kittikorn.man@pea.co.th แผนกวิจัยคุณภาพไฟฟ้าอุตสาหกรรม กองวิจัย ฝ่ายวิจัยและพัฒนาระบบไฟฟ้า การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค www.pea.co.th Email: Kittikorn.man@pea.co.th Tel.02-5905576 Fax.02-5905810

Transformer With Hysteresis Losses 3rd, 5th, 7th, 9th,....etc.

Transformer B,V Knee - Point Ankle -Point H,I

Harmonic Solution Passive Filter +jXL R L C R Low Impedance -jXC Short Circuit

Active Filter Harmonic Solution IGBT Medium voltage Low voltage Other loads Load generating harmonics Filter

หลักการทำงานของ Active Filter Load current with harmonics Pure fundamental + = Compensating current

ประเภทของ Passive Filter เปลี่ยนค่าความถี่รีโซแนนซ์โดยติดตั้ง Inductor ขนาด 5%หรือ 7% ของขนาด คาปาซิเตอร์เพื่อไม่ให้เกิดการรีโซแนนซ์ ในระบบที่มีฮาร์มอนิกส์ลำดับที่ 5, 7, 11 Detuning Filter เปลี่ยนค่า Impedance ของวงจรให้เป็น Low Impedance เพื่อให้ระบบไฟฟ้ามีลักษณะเหมือนการลัดวงจร ซึ่งจะทำให้กระแสฮาร์มอนิกส์ไหลเข้าตัว Filter Tuning Filter