Zjawiska harmoniczne w układach elektrycznych: przyczyny, efekty i ryzyko

Harmoniasą krytycznym, ale często pomijanym zjawiskiem w układach elektrycznych. Reprezentują zniekształcenia idealnego przebiegu sinusoidalnego napięcia lub prądu, występujące na częstotliwościach, które są wielokrotnościami liczb całkowitych częstotliwości podstawowej (np. 50 Hz lub 60 Hz). Podczas gdy harmoniczne są nieodłącznie związane z nowoczesnymi systemami elektroenergetycznymi, ich niekontrolowana obecność może prowadzić do poważnych konsekwencji operacyjnych i finansowych. W tym artykule zbadano ich przyczyny, efekty i ryzyko.

Co powoduje harmoniczne?

Harmoniaprzede wszystkim wynika z obciążeń nieliniowych - dworze, w których prąd nie jest zgodny z sinusoidalnym przebiegiem napięcia. Typowe przykłady obejmują:

Zmienne dyski częstotliwości (VFD) w silnikach przemysłowych, zasilacze w trybie przełączników (np. Komputery, serwery, oświetlenie LED), falowniki energii odnawialnej (systemy słoneczne/wiatrowe), zasilacze nieprzerwane (UPS) oraz stacje ładowania pojazdów elektrycznych. Obciążenia te zakłócają płynny przepływ prądu, wytwarzając zniekształcone przebiegi. Na przykład VFD może pobierać prąd w krótkich impulsach, a nie ciągłą falę sinusoidalną, powodując harmoniczne harmoniczne, takie jak trzecie (150 Hz), 5 (250 Hz) lub 7 (350 Hz).

Jakie są skutki harmonicznych?  

Harmoniczne obniżają jakość energii i nakładają znaczne ukryte koszty na infrastrukturę energetyczną:  

Harmoniczne powodują straty energii i zwiększone koszty. Na przykład prądy harmoniczne piątego rzędu mogą powodować do 15% dodatkowych odpadów energetycznych w systemach dystrybucji (Departament Badań Energii USA). Ta nieefektywność może prowadzić do wyższych rachunków za prąd.  

Może powodować uszkodzenie sprzętu i zmniejszoną żywotność, ponieważ prądy harmoniczne generują prądy wirowe i straty histerezy, co prowadzi do przegrzania. Transformatory działające w środowiskach o wysokiej harmonii mogą zawieść o 30–50% szybciej niż ich oceniana żywotność. Ponadto harmoniczne mogą powodować rezonans, co prowadzi do przeciążenia kondensatora i potencjalnych eksplozji lub pożarów. Ponadto w układach trójfazowych harmoniczne trzeciego rzędu (trzecie, 9, itd.) Gromadzą się na linii neutralnej, potencjalnie powodując go przegrzanie.  

Harmoniczne mogą również powodować zakłócenia operacyjne, szczególnie w wrażliwych urządzeniach, takich jak urządzenia medyczne, instrumenty laboratoryjne lub serwery centrum danych, które opierają się na czystej energii. Zniekształcenie napięcia spowodowane przez harmoniczne mogą powodować awarię sprzętu, uszkodzenie danych lub nieplanowane przestoje.

Kluczowe są również zagrożenia związane z zgodnością z harmonicznymi związanymi z harmonicznymi. Przekroczenie limitów harmonicznych określonych w standardach takich jak IEEE 519-2022 może powodować grzywny regulacyjne. Ponadto przegrzanie sprzętu może powodować zagrożenie pożarowe i zagrożenie dla bezpieczeństwa.

Jako profesjonalny producent i dostawca zapewniamy produkty wysokiej jakości. Jeśli jesteś zainteresowany naszymi produktami lub masz jakieś pytania, prosimy o swobodęSkontaktuj się z nami.