Mitä aiheuttaa harmonisot sähköjärjestelmissä

Sähköjärjestelmissä esiintyvät harmoniset ovat johtuen epälineaarisista kuormista, jotka tuottavat ei-sinuaalisia sähkövirta- tai jännitekuvioita vaihtosähköjärjestelmissä. Harmoniset ovat sinimuotoisia komponentteja, joiden taajuudet ovat kertalukujen monikertoja perustatajuuden lisäksi. Seuraavat ovat joitakin pääasiallisia harmonisten syitä sähköjärjestelmissä:

Epälineaarinen kuorma

Epälineaarisissa kuormissa virta ei ole lineaarisesti sidoksissa jännitteeseen. Tämäntyyppisiä kuormia on yleisesti sähköjärjestelmässä, ja pääasialliset lähteet sisältävät:

• Suodatin: Laite, jota käytetään vaihtovirtaa suoravirtaan muuntamaan, kuten virtolaitteet, taajuusmuunnin jne.

• Pistekuvaaja: Nykyisessä elektroniikkalaitteessa yleisesti käytetty virtolähde, kuten tietokoneiden virtolähteet, matkapuhelinlaturit jne.

• Inversio: Laite, jota käytetään suoravirtaa vaihtovirtaan muuntamaan, yleisesti aurinkopaneelijärjestelmissä, sähköautojen latauspisteissä jne.

• Muuttuva taquivaikutin: Laite, jota käytetään moottorin nopeuden ohjaamiseen, laajasti teollisuusautomaation alalla.

• Kaasuleikkipaikka: Epälineaarinen virta syntyy leikkiprosessissa.

• Kaasulampot: Kuten huohkeat lampot, korkeapaineiset natriumlampot jne., tuottavat harmoniita käynnistyessään ja toiminnassa.

Virtatekniikka

Nykyisissä sähköjärjestelmissä laajalti käytetyt virtatekniikan laitteet ovat myös tärkeitä harmonisten lähteitä:

• Taajuusmuunnin: Käytetään vaihtovirtamoottorin nopeuden ja torkeen ohjaamiseen, sen toimintaperiaate tuottaa harmoniita.

• UPS (kestävä virta): Harmoniit syntyvät siirtymisen yhteydessä akkujen toimintaan.

• Konverter: Laite, jota käytetään vaihtovirran taajuuden muuttamiseen, kuten tuulivoiman tuotannossa käytetty konverter.

Moottorit ja muuntimet

Jopa perinteisissä moottoreissa ja muuntimissa voi ilmetä pieniä harmoniita magneettisen satuksen vaikutusten vuoksi:

• Moottorit: Erikoisesti käynnistysvaiheessa harmoniit voivat syntyä epälineaaristen magnetisaatiokäyröiden vaikutuksesta.

• Muuntimet: Kun muuntimet toimivat satuksen alueella, ne tuottavat myös harmoniita.

Verkon omat ongelmat

• Epätasainen kuorma: Kolmifasejärjestelmässä epätasainen kuorma voi aiheuttaa neutraalivirtaan harmoniita.

• Pitkämatkainen siirto: Pitkämatkaisessa siirrossa linjan induktanssi- ja kapasitanssivaikutukset voivat johtaa harmonioiden vahvistumiseen.

Muut tekijät

• Virtalaitteiden ikääntyminen: Vanhat virtalaitteet voivat tuottaa lisää harmoniita sisäisten komponenttien heikkenemisen vuoksi.

• Suunnitteluvirheet: Huonosti suunnitellut virtajärjestelmät voivat johtaa harmonioiden vahvistumiseen tai luomiseen.

Harmonisten vaikutukset

Harmoniset voivat aiheuttaa monia haitallisia vaikutuksia virtajärjestelmiin, mukaan lukien mutta ei rajoittuen:

• Laitteiden menetysten kasvu: Harmoniset voivat aiheuttaa lisämenetyksiä moottoreille, muuntimille ja muille laitteille, lyhentäen niiden käyttöikää.

• Järjestelmän tehokkuuden väheneminen: Harmoniset voivat vähentää järjestelmän tehokkuutta ja lisätä energiankulutusta.

• Mittaustarkkuuden heikentyminen: Harmoniset häiritsevät energiamittarin mittaustarkkuutta, mikä johtaa virheelliseen sähkön kulutuksen laskentaan.

• Viestintäjärjestelmän häiriintyminen: Harmoniset aiheuttavat häiriöitä viestintäjärjestelmään ja vaikuttavat signaalin siirtokvaliteettiin.

• Resonanssin aiheuttaminen: Joissakin tapauksissa harmoniset voivat resonoida järjestelmän induktoreiden ja kapasitoorien kanssa, aiheuttaen vakavia virtalaatua koskevia ongelmia.

Harmonisten hillintätoimenpiteet

Harmonisten vaikutusten vähentämiseksi yleensä otetaan seuraavat toimenpiteet:

• Suodattimet: Asennetaan passiivisia tai aktiivisia suodattimia harmonioiden absorboimiseksi tai vastustamiseksi.

• Kuorman induktanssin lisääminen: Kuorman induktanssin lisääminen harmonioiden hillitsemiseksi.

• Kuormakarakteristikan parantaminen: Käytetään vähemmän harmonisia sisältävää kuormaa, kuten kolmifaseista suodatinta yksifaseisen suodattimen sijaan.

• Dynaaminen reaktiivinen tehokompensaatio: Käytetään SVG (statista reaktiivinen tehonluonti) -laitteita dynaamiseen reaktiiviseen tehokompensaatioon.

Yhteenveto

Sähköjärjestelmissä esiintyvät harmoniset ovat pääasiassa johtuneet epälineaarisista kuormista, kuten suodattimista, pistekuvaajista, inversioista, muuttuvista taquivaikuttimista jne. Harmoniset voivat negatiivisesti vaikuttaa virtajärjestelmän suorituskykyyn ja luotettavuuteen, joten on tarpeen ottaa asianmukaisia toimenpiteitä harmonioiden hillitsemiseksi tai poistamiseksi.