Τι προκαλεί τους αρμονικούς στα ηλεκτρικά συστήματα;

Οι αρμονικές στα ηλεκτρικά συστήματα προκαλούνται από μη γραμμικές φορτίες που παράγουν μη συνημιτονοειδή κύματα στροφής ή τάσης σε συστήματα εναλλασσόμενης ρεύσης. Οι αρμονικές είναι συνημιτονοειδείς συνιστώσες με ακέραια πολλαπλάσια συχνοτήτων διαφορετικών από τη βασική συχνότητα. Τα εξής είναι μερικές από τις κύριες αιτίες των αρμονικών στα ηλεκτρικά συστήματα:

Μη γραμμική φορτία

Η μη γραμμική φορτία είναι αυτή στην οποία η ρεύση δεν είναι γραμμικά συνδεδεμένη με την τάση. Αυτό το είδος φορτία είναι κοινό στο σύστημα ενέργειας, και οι κύριες πηγές περιλαμβάνουν:

• Ρυθμιστής: Συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μετατροπή εναλλασσόμενης ρεύσης σε έμμεση, όπως προσαρμοστικό προσαρμοστικό, μετατροπέας συχνότητας κλπ.

• Πηγή ενέργειας με κατάλληλη ρύθμιση: Η πηγή ενέργειας που συνηθίζεται στη σύγχρονη ηλεκτρονική εξοπλισμό, όπως πηγές ενέργειας υπολογιστών, φορητών τηλεφώνων κλπ.

• Αντιστροφέας: Συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μετατροπή έμμεσης ρεύσης σε εναλλασσόμενη, συνηθιζόμενη σε φωτοβολταϊκά συστήματα, σταθμούς φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων κλπ.

• Μετατροπέας μεταβλητής συχνότητας: συσκευή που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της ταχύτητας ενός μοτέρ, ευρέως χρησιμοποιούμενη στον τομέα της βιομηχανικής αυτοματοποίησης.

• Μηχανή αρκτικής συγκόλλησης: Η μη γραμμική ρεύση παράγεται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης.

• Λαμπτήρες εκβολής αερίου: όπως φωτεινές λαμπτήρες, λαμπτήρες υψηλής πίεσης νατρίου κλπ., θα παράγουν αρμονικές κατά την έναρξη και λειτουργία.

Ηλεκτρονικός εξοπλισμός ενέργειας

Οι ηλεκτρονικές συσκευές ενέργειας που ευρέως χρησιμοποιούνται στα σύγχρονα συστήματα ενέργειας είναι επίσης σημαντικές πηγές αρμονικών:

• Μετατροπέας συχνότητας: χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της ταχύτητας και της ροπής του μοτέρ AC, ο τρόπος λειτουργίας του θα παράγει αρμονικές.

• UPS (Uninterruptible Power Supply) : Αρμονικές παράγονται όταν συμβαίνει η μεταβολή σε λειτουργία με βάτερα.

• Μετατροπέας: Συσκευή που χρησιμοποιείται για την αλλαγή της συχνότητας της εναλλασσόμενης ρεύσης, όπως ο μετατροπέας που χρησιμοποιείται στην παραγωγή ενέργειας από τον άνεμο.

Μοτέρ και μετατροπείς

Ακόμη και σε παραδοσιακά μοτέρ και μετατροπείς, μπορεί να παρατηρηθούν ελαφρείς αρμονικές λόγω παραγόντων όπως το φαινόμενο της μαγνητικής κόλλησης:

• Μοτέρ: Ειδικά κατά τη φάση έναρξης, οι αρμονικές μπορεί να παραγονται λόγω της επιρροής των μη γραμμικών καμπύλων μαγνητισμού.

• Μετατροπείς: Όταν ο μετατροπέας λειτουργεί στην περιοχή κόλλησης, θα παράγει επίσης αρμονικές.

Προβλήματα με το δίκτυο αυτό

• Μη ισορροπημένη φορτία: Μια μη ισορροπημένη φορτία σε ένα τριφασικό σύστημα μπορεί να προκαλέσει την ρεύση του ουδέτερου να περιέχει αρμονικές.

• Μακρά μεταφορά: Κατά τη διάρκεια της μακράς μεταφοράς, οι επιδράσεις της αυξημένης εγκατάστασης και της ικανότητας της γραμμής μπορεί να οδηγήσουν στην ενίσχυση των αρμονικών.

Άλλοι παράγοντες

• Γήρανση του εξοπλισμού ενέργειας: Οι παλαιότερες συσκευές ενέργειας μπορεί να παράγουν επιπλέον αρμονικές λόγω της κατάρρευσης των εσωτερικών συστατικών.

• Παραλείψεις στην σχεδίαση: Συστήματα ενέργειας με κακή σχεδίαση μπορεί να οδηγήσουν στην ενίσχυση ή παραγωγή αρμονικών.

Επιπτώσεις των αρμονικών

Οι αρμονικές μπορούν να προκαλέσουν μια ποικιλία αρνητικών επιπτώσεων στα συστήματα ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων, αλλά όχι μόνο, των εξής:

• Αύξηση των απωλειών του εξοπλισμού: Οι αρμονικές μπορούν να οδηγήσουν σε επιπλέον απώλειες σε μοτέρ, μετατροπείς και άλλο εξοπλισμό, μειώνοντας τη διάρκεια ζωής.

• Μείωση της αποτελεσματικότητας του συστήματος: Οι αρμονικές μπορούν να μειώσουν την αποτελεσματικότητα του συστήματος και να αυξήσουν την κατανάλωση ενέργειας.

• Επίδραση στην ακρίβεια μέτρησης: Οι αρμονικές θα παρεμβαίνουν στην ακρίβεια μέτρησης του μετρητή ενέργειας, οδηγώντας σε λανθασμένο υπολογισμό των τιμολογίων.

• Επέμβαση στο σύστημα επικοινωνίας: Οι αρμονικές θα προκαλέσουν επέμβαση στο σύστημα επικοινωνίας και θα επηρεάσουν την ποιότητα της μετάδοσης του σήματος.

• Εκτίναση συμφωνίας: Σε κάποιες περιπτώσεις, οι αρμονικές μπορούν να συντονίζονται με τους αυξημένους και τους αυξητικούς στο σύστημα, προκαλώντας σοβαρά προβλήματα ποιότητας ενέργειας.

Μέτρα καταστολής αρμονικών

Για να μειωθεί η επίδραση των αρμονικών, συνήθως λαμβάνονται τα εξής μέτρα:

• Φίλτρα: Εγκατάσταση ενεργών ή ανενεργών φίλτρων για την απορρόφηση ή την αντιστάθμιση αρμονικών.

• Αύξηση της αυξημένης της φορτίας: Με την αύξηση της αυξημένης της φορτίας για την καταστολή αρμονικών.

• Βελτίωση των χαρακτηριστικών της φορτίας: Χρήση φορτία με χαμηλό περιεχόμενο αρμονικών, όπως τριφασικός ρυθμιστής αντί για μονοφασικό ρυθμιστή.

• Φιλοδώρημα