Harmonični pojavi v električnih sistemih: vzroki, učinki in tveganja

Harmonikeso kritični, vendar pogosto spregledan pojav v električnih sistemih. Predstavljajo izkrivljanja idealne sinusoidne valovne oblike napetosti ali toka, ki se pojavljajo na frekvencah, ki so cele množice temeljne frekvence (npr. 50 Hz ali 60 Hz). Medtem ko so harmonike povezane s sodobnimi elektroenergetskimi sistemi, lahko njihova nenadzorovana prisotnost privede do hudih operativnih in finančnih posledic. Ta članek bo raziskal njihove vzroke, učinke in tveganja.

Kaj povzroča harmonike?

HarmonikeV glavnem izvirajo iz nelinearnih obremenitev - nastavitve, kjer se tok ne uskladi s sinusoidno napetostno valovno obliko. Pogosti primeri vključujejo:

Pogoni s spremenljivo frekvenco (VFD) v industrijskih motorjih, napajalniki v stikalu (npr. Računalniki, strežniki, LED razsvetljava), obnovljivi pretvorniki energije (sončni/vetrni sistemi), neprekinjene napajalne napajalnike (UPS) in polnilnimi postajami za električna vozila. Te obremenitve motijo gladek pretok toka, ki ustvarja izkrivljene valovne oblike. Na primer, VFD lahko nariše tok v kratkih impulzih in ne v neprekinjenem sinusnem valu, kar ima za posledico harmonike, kot so 3. (150 Hz), 5. (250 Hz) ali 7. (350 Hz) harmonike.

Kakšni so učinki harmonikov?  

Harmonike poslabšajo kakovost električne energije in nalagajo znatne skrite stroške električni infrastrukturi:  

Harmonike povzročajo izgube energije in povečane stroške. Na primer, harmonični tokovi petega reda lahko povzročijo do 15% dodatnih energetskih odpadkov v distribucijskih sistemih (ameriško ministrstvo za raziskave energije). Ta neučinkovitost lahko privede do višjih računov za elektriko.  

Lahko povzroči poškodbe opreme in zmanjšano življenjsko dobo, saj harmonični tokovi ustvarjajo vrtine in izgube histereze, kar vodi do pregrevanja. Transformatorji, ki delujejo v visoko harmoničnem okolju, lahko ne uspejo 30–50% hitreje od njihove ocene življenjske dobe. Poleg tega lahko harmonike povzročijo resonanco, kar vodi do preobremenitve kondenzatorja in morebitnih eksplozij ali požarov. Poleg tega se v trifaznih sistemih harmonike tretjega reda (3., 9. itd.) Nabirajo na nevtralni črti, kar lahko povzroči pregrevanje.  

Harmonike lahko povzročijo tudi operativne motnje, zlasti v občutljivi opremi, kot so medicinski pripomočki, laboratorijski instrumenti ali strežniki podatkovnih centrov, ki se zanašajo na čisto moč. Izkrivljanje napetosti, ki ga povzročajo harmonike, lahko povzroči odpoved opreme, korupcijo podatkov ali nenačrtovani izpadi.

Kritična so tudi tveganja za skladnost in varnostna tveganja, povezana s harmonikami. Presežek harmoničnih omejitev, določenih v standardih, kot je IEEE 519-2022, lahko povzroči regulativne globe. Poleg tega lahko pregrevanje opreme povzroči nevarnosti požara in varnostna tveganja.

Kot profesionalni proizvajalec in dobavitelj ponujamo kakovostne izdelke. Če vas zanimajo naši izdelki ali imate kakršna koli vprašanja, vas prosimokontaktirajte nas.